На главную

29.05.99
     ОБМАННЫЕ  РАСЧЕТЫ  ПРОЧНОСТИ САМОЛЕТОВ
    Этот материал смог появиться на форуме только благодара помо-
щи Даниэля.
Автор - Олег Тесленко <C>
****************************************************************
    В своем выступлениии Уважаемый DM ярко охарактеризовал меня
как недоучку, не знающего даже о Методе Конечных Элементов и дру-
гих тонкостях. Не буду строить обиженную позу, однако попробую
объяснить читателям, что такое на самом деле расчет прочности, а
то мне кажется, уважаемый DM о многом умолчал.
    Ну во-первых, этих методов расчета сложных пространственных
конструкций вовсе не один, а несколько. У меня на памяти только
Метод конечных элементов, Метод углов поворота сечений, и метод
потенциальных энергий. Однако, DM умолчал (или не знает) кое-ка-
кую пикантную подробность: хотя конструкцию в принципе можно рас-
считывать ЛЮБЫМ из этих способов, но вот результат расчета В
КАЖДОМ СПОСОБЕ БУДЕТ НЕСКОЛЬКО ОТЛИЧАТЬСЯ! То есть, наши знатоки
привыкли чисто к арифметическим подсчетам, когда от перемены сла-
гаемых сумма не меняется. А здесь все по другому. Если взять од-
ну и ту же конструкцию, то при расчете одним методом может ока-
заться, что она прекрасно выдерживает нагрузку, другим - на пре-
деле прочности, а третьим - и вовсе развалиться... И метод расче-
та по своему усмотрению выбирает конструктор-расчетчик.
    Но меня могут спросить, а почему же тогда в практике работы
КБ не проявляется этой разницы в расчетах? А потому, что есть
разница в словах, "сделать расчет" и "проверить расчет". Уважае-
мый DM написал нам, что в КБ именно "проверяют расчеты". Но вот
опишу Вам для сравнения как проверял ученические расчеты мой друг
(он не прочнист, хотя отлично разбирается в этом). Если его про-
сили проверить чужой расчет, то он никогда не проверял его, а
просто закрывал и откладывал в сторону. И попросту начинал де-
лать свой собственный, хотя это в несколько раз дольше и труднее.
Это он делал потому, чтобы случайно не подхватить чужую ошибку.
    Но впрочем, это возможно только для более-менее несложных
расчетов. А как я уже объяснял, вести подобную практику при
произведении действительно сложных расчетов в КБ - практически
невозможно. Потому, что любой прочнист в принципе имеет полное
право выбрать любой из нескольких возможных основных методов рас-
чета прочности. А если насчитать еще и их разновидности, то это
число гораздо больше. Кроме того, если мой друг проверял учени-
ческие расчеты, в каждом из которых задавались жестко определен-
ные цифры, то при прочностном расчете все коэффициенты немного
"плавают" - то есть, нет ни одного четко заданного параметра, у
каждого имеется своя "вилка", свой разброс. И если один расчет-
чик выберет одно значение, например 3,57, а другой немного отли-
чающееся от него к примеру 3,48; то учитывая огромное количество
различных коэффициентов в расчетах прочности, конечные результа-
ты двух-трех расчетов будут отличаться друг от друга как небо и
земля. Поэтому в практике КБ расчеты "ПРОВЕРЯЮТ", а не "ДЕЛАЮТ"
заново как мой друг. А это значит, что проверяющий, как бы не был
он профессионален, использует точно тот же самый метод, что и
первый расчетчик, да и коэффициенты стремится соблюдать примерно
такими же, и только когда проверяющий видит грубую ошибку в под-
боре коэффициента, только в этом случае он выражает свое несогла-
сие с первичным расчетом.
                        ********
    Однако, видимо никто из вообще не задумывался, сколько же
должно быть прочностных расчетов при создании самолета?
А на самом деле их в принципе должно быть потрясающе много. Су-
дите сами: Самым главным фактором любого расчета прочности яв-
ляется величина разрушающей нагрузки. А видов нагрузки на само-
лет действует очень много. Самый пожалуй распространенный - это
перегрузка при выходе из пике. При этом буквально на каждую де-
таль действует распределенная по каждому атому во много раз (до
13) увеличенная сила веса.
    Но кроме нее еще есть нагрузка при грубой посадке, когда са-
молет ударяется о землю колесами шасси, и в этом случае в местах
крепления их стоек действуют перерезывающие силы. Еще есть наг-
рузка от веса бомб для бомбардировщика, или от веса пассажиров,
для пассажирского самолета. А поскольку бомбы могут подвеши-
ваться в самых разнообразных комбинациях, например всего одна но
весом в тонну, или две полутонных, или 10 стокилограмовых, то
из-за разных точек их крепления для каждого случая необходимо вы-
полнять свой расчет прочности. Естесственно, что при маневрирова-
нии самолета работают его рули, и при этом от нагрузок изгибает-
ся фюзеляж: горизонтальные рули подняты вверх - один прочностной
расчет, вниз - другой, руль направления повернут вправо или вле-
во - третий. Если летчик отклонил элероны - на фюзеляж действует
скручивающая нагрузка, а на крыло изгибающая - еще расчет. Если
двигатель включен на форсаж - перегрузка в горизонтальной плос-
кости, и на нее надо прочность считать, если при посадке выпущен
тормозной парашют - от его усилия снова надо прочность считать.
Если учесть только различные комбинации бомбовых нагрузок и пере-
численные факторы, то и то уже наберется десятка два расчетов на
общую прочность. А ведь я по незнанию упустил еще много нагрузок,
и с учетом их различных сочетаний, число расчетов вероятно превы-
сит сотню. Вы думаете сотня - это все? Нет, я сейчас говорил
только о расчете всей конструкции самолета как единого целого -
то есть общая прочность. А ведь необходимо рассчитывать еще и
местную прочность - то есть прочность отдельных узлов и поде-
тальные расчеты прочности.
   Что такое подетальный расчет? Дело в том, что каждая деталь
может быть рассмотрена как отдельно, так и в составе всего корпу-
са. То есть, если два ребра сжимают третье, то их рассчитывают в
общем, и в то же время это же среднее ребро при перегрузке на вы-
воде из пике его вес вырастает в десять раз и эта распределенная
сила веса воздействует на него и стремиться сломать. И даже если
не учитывать воздействия тех двух ребер, то на среднее все равно
действует нагрузка. Причем, в зависимости от ее направления -
этой перегрузки, сложение сил может быть таково, что соседние
ребра наоборот вычитают свое усилие со среднего, и этим помогают
ему бороться с силой, а могут наоборот - соединять свои силы с
перегрузкой и в несколько раз увеличивать разрушаюшую силу. То
есть, для каждой детали требуется еще и подетальный расчет - при-
чем даже не один, а множество.
   И теперь самое главное: каждый самолет состоит из огромного
множества деталей - от одной, до десяти тысяч. и значит не меньше
этого количества требуется и расчетов прочности. Но с учетом то-
го, что кроме прочности отдельных деталей требуется еще и расчет
прочности всех узлов, которых просто сотни, и на каждый из них
необходим расчет. А кроме этого еще и прочностной расчет общей
конструкции самолета на множество видов нагрузок. И это все сос-
тавит не менее десяти тысяч расчетов только для самых простых их
сочетаний.
    Теперь, самое интересное. Все-таки наша дискуссия идет не о
современных самолетах, которые можно рассчитывать на компьютере,
а о возможности поставить на бомбардировщик тридцатых годов уси-
ленное вооружение, и с какой точностью тогда выполнялись расчеты.
Уважаемый DM говорит нам, что с помощью Метода Конечных элемен-
тов можно расчитать любую конструкцию. Он правда не упомянул, что
сложность этих расчетов настолько гигантская, что самые современ-
ные компьютерные машины выполняют такие расчеты часами, а чело-
век вручную такой расчет сделает не ранее чем через тысячу лет. И
хотя я и не успел ответить на это DM, но за меня уже ответили,
насколько высока трудоемкость подобного расчета (правда отметив,
что Тесленко в принципе правильно, хотя и наивно обьясняет это),
но на "наивность" я не обижаюсь. Итак, представим себе ситуацию:
что конструкторам тридцатых годов потребовалось рассчитать свой
бомбардировщик методом конечных элементов, и количество этих рас-
четов порядка десяти тысяч. Что им надо было делать по мнению DM?
- Разумеется все они сразу включали свои компьютеры класса "пен-
тиум" и быстренько делали расчет Методом Конечных элементов...
                    **************
    ТАК СКОЛЬКО ЖЕ НА САМОМ ДЕЛЕ ПРОЧНОСТНЫХ РАСЧЕТОВ при созда-
нии самолета? Читатели могут подумать, что приведенная мной циф-
ра - десять тысяч. - НИЧЕГО ПОДОБНОГО. Во много раз больше!
    Значит наша дискуссия идет о возможности установить на само-
лет более мощное стрелковое вооружение. А DM уверяет, что кон-
структоры тридцатых годой уже тогда все точно рассчитывали, и ни-
какого запаса прочности (сверх узаконенной нормы) в принципе не
могло быть. Значит, как поставили например на Ил-4 башню с круп-
нокалиберным пулеметом, и зная его отдачу при стрельбе, все так
точно рассчитали, что никакого запаса (сверх положенного пример-
но 2-х кратного). Однако напомню, что разрушающее усилие, кото-
рое является основой любого расчета на прочность, есть величина
не только цифровая, но и векторная - то есть, ее направление то-
же играет огромную роль. И в зависимости от того, в какую сторо-
ну будет направлена сила, то она может либо складываться с други-
ми, либо наоборот, вычитаться из них, создавая массу возможных
комбинаций. А поскольку первоначальным условием стало, что кон-
струкция самолета при стрельбе находится довольно близко к опса-
ной зоне - значит надо проверять все что можно...
    Есть такой еще интересный эффект - РЕЗОНАНС - в прежние вре-
мена это был просто визг для прочнистов! Напомню вам случай: око-
ло двух сотен лет назад по одному мосту в Санкт-Петербурге на па-
рад шел полк, разумеется строевым шагом. И вот от совпадения час-
тоты шагов и собственной частоты колебания моста, он пришел в ре-
зонанс и рухнул, погубив немало людей. Чтобы получше объяснить
это, вспомните как раскачиваются на качелях: небольшое усилие, но
каждый раз попадая в такт их отклонению, приводит к очень большим
размахам. То же произошло и с мостом... В принципе, если не пове-
зет, это может произойти и с самолетом. То есть, достаточно что-
бы частота выстрелов пулемета совпала с собственной частотой ко-
лебаний самолета, и аэроплан быстро развалиться. Впрочем явление
флаттера есть именно факт такого совпадения. Причем ведь не все
самолеты попадали во флаттер, даже до того года когда его научи-
лись рассчитывать и уничтожать, то есть, это дело случайного сов-
падения элементов конструкции.
   А теперь представьте случайную ситуацию: верхняя башня стрел-
ка стреляет направо, а нижний пулемет - налево, и частота их выс-
трелов и перерывов в них случайно совпала - самолет может от это-
го разрушиться. Кто-нибудь вел такие расчеты - а ведь они очень
трудоемки! Да нет конечно. Никаких расчетов на резонанс и вовсе
не делали. Кому не повезет - тот погибнет, и нечего на проч-
ность рассчитывать...
   Теперь возьмем отдачу при стрельбе оружия как вредную нагруз-
ку. Однако, как определить ее направление? Ну разумеется она дей-
ствует строго вдоль ствола оружия, но куда направлен этот ствол?
А он может быть направлен в принципе куда угодно. И прямо в кор-
му, и в боковом направлении: вправо или влево, и вверх, и под лю-
бым косым углом вправо-лево-вверх... И ПОД КАЖДЫМ ИЗ ЭТИХ УГЛОВ
необходимо считать нагрузку...
    А никто не подумал, сколько этих самых углов? Давайте подсчи-
таем: по горизонтали башня вращается почти на 360 градусов, и по
вертикальному наведению - 180 градусов. А поскольку в принципе
под каждым из этих углов может оказаться слабое место конструк-
ции, которое необходимо проверить расчетом, то значит они в прин-
ципе должны были считать под все углы наведени яоружия. Подсчи-
таем количество углов: им соответствует 360х180=64800 расчетов
прочности.
    Вы думаете это все? Как бы не так! Это только для одной
стрелковой точки, а ведь их было только в кормовом секторе две,
значит надо умножать это количество в два раза. а если учесть еще
и носовой пулемет, у которого были правда ограниченные углы об-
стрела, то количество расчетов порядка 150 тысяч. Это все? Нет!
    Например у более крупных бомбардировщиков типа Б-29 количес-
тво стрелковых точек было около десяти. То есть, я не буду точно
считать, но видимо порядка пятисот тысяч. И это тоже еще не все.
    Есть такой еще фактор как число сочетаний. То есть, когда
стреляет один пулемет, то это одна величина нагрузки от его отда-
чи, а когда сразу два, то две, а если одновременно стреляют три
пулемета, это новый вариант расчета на прочность, а если пулеме-
тов десять, как на Б-29, то и для каждого сочетания необходимо
сделать свой расчет. Если не ошибаюсь, количество сочетаний под-
считываеться по несложной формуле для десяти пулеметов:
     1х2х3х4х5х6х7х8х9х10=3628000
3628000*64800= 2.3509440E+11
   И помня что каждый из них может быть повернут под любым углом,
перемножаем это   число    на    количество    телесных    углов
3628000*64800=2.3509440E+11 (10 в одиннадцатой степени) это тако-
во количество необходимых расчетов на прочность от стрельбы бор-
тового оружия, если конечно верить DM, что в авиации все нагруз-
ки рассчитаны и нагрузки от стрельбы - тоже. Вы только не спраши-
вайте меня как это возможно сосчитать, моя-то позиция проста -
нагрузки от стрельбы и вовсе никак не считают... Ну может одну -
две, для примера. Вы спросите об этом у DM...
   Кое-то из наиболее нетерпеливых может подумать, что этим гро-
мадным количеством и ограничится число прочностных расчетов. По-
годите, это я говорил только о расчете места крепления турели пу-
лемета а вовсе не о всем самолете. Предположим, что аэроплан
гражданский, и никаких пулеметов на нем и вовсе нет. Однако, уси-
лия на него все равно действуют во всех самых разнообразных нап-
равлениях. То есть, силы действующие в горизонтальной плоскости -
360 градусов. Кроме них еще силы в продольной вертикальной плос-
кости - тоже 360 градусов, и умножте на количество направлений
сил в поперечной вертикальной плоскости - тоже 360 градусов. Ито-
го: 360*360*360=46656000 (46 миллионов) направлений сил. Но это
далеко еще не все. Теперь надо помножить это число на количество
деталей и узлов самолета - порядка тысячи, то есть, число необхо-
димых расчетов на прочность для самолета должно быть порядка 460
миллионов.
   Итак, уважаемый DM уверяет всех, что в авиации, рассчитана на
прочность КАЖДАЯ деталь. Я утверждаю, что рассчитываеться только
ничтожная доля - почти ничего не считается. Кто прав? Мне написа-
ли письмо с форума, что специально звонили в академию Жуковского,
и там ответили, что действительно считают... Конечно, люди с ули-
цы легко поверят и словам DM, и словам других работников КБ и
академий и не поверят Тесленко. А я в доказательство мог бы при-
вести только конкретную проверку истинности утверждений DM весьма
простым, но трудоемким способом:
    Значит Вы утверждаете, что проверяете каждую деталь на каж-
дую нагрузку? Давайте проверим, правду ли вы говорите. Для этого
нам в первую очередь необходимы подетальные спецификации любого
самолета. Открываем их и пересчитываем детали все составляющие
конструкцию самолета: их порядка тысячи. Теперь на каждую деталь
требуем расчет прочности. Нам показывают. Тогда я спрашиваю рас-
чет на каждую конкретную деталь из тысячи их. Так, на нее от пе-
регрузки есть расчет, а от перегрузки на выходе из пологого пике
при кабрировании допустим 20 градусов есть? Ах нет... а под опре-
деленным углом крена есть? - Тоже нет... А от грубой посадки -
Тоже нет?... А от вибрации? И от этого нет... А от резкого тормо-
жения? А от разгона на форсаже?... Так почти ни от чего нет! И
если вот так досконально проверить каждую из тысяч деталей, то
окажется, что количество прочностных расчетов во много раз
меньше необходимого. Я поясню в чем разница моей позиции и DM. Он
действительно правду говорит, что считаются почти все детали. Вот
только не упоминает, что этот расчет составляется чаще всего
только для одного направления нагрузки, а другие направления как
правило вовсе не учитываются.
                    **************
    Итак, по мнению Тесленко количество прочностных расчетов в
сотни раз меньше, чем количество возможных вариантов нагрузки и
количество узлов и деталей. Но тогда наиболее внимательные учас-
тники форума вправе спросить меня: а как же так получается - ес-
ли количество расчетов совершенно недостаточно для надежной га-
рантии неразрушения самолета во время эксплуатации, то почему же
тогда тысячи самолетов летают десятки лет в воздухе и не развали-
ваются при этом, во всяком случае количество авиакатастроф гораз-
до меньше чем на автотранспорте?
   А это потому, что запасы прочности по множеству мелких дета-
лей видимо гораздо больше, чем это требуют руководящая документа-
ция.
   Однако, Виктор задает мне вполне справедливый вопрос: ведь за-
пас прочности нормируется, это известно еще из курса сопромата,
так как же в принципе возможно его превысить? И то же самое о не-
возможности превышение запаса прочности пишет и DM.
            ОБЪЯСНЕНИЕ Тесленко:
   Любой расчет прочности достаточно сложен, и как правило выпол-
няется в несколько этапов, и при этом используется несколько фор-
мул. А в каждой из этих формул применяется несколько различных
коэффициентов. Иногда их довольно много. И даже в относительно
простом прочностном расчете не менее десятка, а в более сложных -
и того больше.
   Теперь напомню Вам одну притчу: В древности один индийский
шахматист попросил у царя в награду положить на каждую следующую
клеточку шахматной доски вдвое больше рисовых зерен, чем на пре-
дыдущую. Великий царь думал, что отделался слишком дешевой пла-
той - ну что такое для великого царства несколько зернышек! Он
ведь и не подозревал, что встретился со степенной функцией. И да-
же всех запасов зерна на земле не хватит для количества 2 возве-
денного в степень 64 - настолько оно огромно. И я честно говоря,
горжусь своим знанием, что постоянно в жизни надо быть внима-
тельным к присутствию степенных функций: как только она появи-
лась - ЖДИ ПОДВОХА! То есть, если Вы видите, что некоторый ряд
чисел которые подряд умножаются друг на друга - будте настороже:
результат    может    быть    весьма    неожиданным.    Например:
К*К*К*К*К*К*К*К*К*К*К*К*К=ОГРОМНОЕ ЧИСЛО. Но даже если число "К"
весьма мало отличается от единицы, то и в таких случаях все рав-
но надо быть внимательным. Например, если К=1,1 ; и перемножить
его само на себя то в результате получите увеличение 1.1**10= в
2.59 раза.
    Что это значит? Если в расчете прочности, имеется десяток
коэффициентов (а их бывает и гораздо больше), и прочнист имеет
право немного увеличивать или уменьшать некоторые из них - всего
процентов на десять или менее. То есть вместо цифры равной К=1;
он имеет право принять к расчету К=1,1 (или К=1,02-1,07), то в
конце прочностного расчета результат может запросто увеличиться в
2-3 раза вместо того, чтобы быть равного идеально точному числу.
   Возможно, что некоторые участники форума возмутятся тем, что
расчетчик принимает величины многих коэффициентов   несколько
произвольно. Многим наивно кажется, что в конструкторской практи-
ке абсолютно все нормировано и жестко зафиксировано. Но так ду-
мать - глубокая ошибка. В практике расчетов на прочность, как
впрочем и в любых других - остается немалая доля произвольно наз-
начаемых величин, точнее чисел у котрых имеется небольшая "вилка"
разброса. Чаще всего она весьма невелика, но помня что эти коэф-
фициенты многократно перемножаются друг на друга, то изменением
конечного результата пренебрегать все равно нельзя.
   Так вот, я утверждаю, что инженер-прочнист (впрочем как и кон-
структор тоже) почти всегда принимает величину этих коэффициен-
тов таковой, чтобы создать как можно больший запас прочности. Это
называется "ОШИБКА В БЕЗОПАСНУЮ СТОРОНУ". И в нашем подразделе-
нии начальник лично наставлял всех конструкторов как надо ста-
раться подбирать коэффициенты, чтобы ошибаться только в безопас-
ную сторону. При таком подходе деталь вряд ли сломается, даже в
случае некоторой ошибки и конструктора, и прочниста. Казалось бы,
такая практика очень правильна - ведь детали будут меньше ло-
маться. Однако, у нее есть и оборотная сторона медали - детали
становятся несколько толще и тяжелее.
   Возможно люди незнакомые с работой в КБ спросят: но ведь по-
том этот расчет будут проверят два или три раза, неужели никто из
них не заметит ошибки? А никакой ошибки как правило и не бывает.
Дело в том, что в любом справочнике для любой цифры имеется "вил-
ка" значений. Вот, к примеру какое-нибудь число может иметь раз-
брос от 1,02 до 1,07. И если прочнист примет для расчета почти
максимальную цифру 1,06 (на всякий случай побольше, чтобы оши-
биться в безопасную сторону), то его никто не имеет права осу-
дить. Ни одна проверяющая комиссия - все в пределах допустимой
нормы. Хотя постепенный подбором таких коэффициентов, можно зап-
росто увеличить реальный запас прочности гораздо больше нормы. За
время своей работы в КБ я насмотрелся на эту практику достаточно.
    Вот один из многих случаев: при расчете на прочность одной
конструкции, смотрю - прочнист произволно уменьшил толщину стен-
ки детали, и вместо 7 мм она стала всего 6 мм, и от этого ее
прочность уменьшилась, а она и так была почти на пределе. Спраши-
ваю: "Леша, ты чего у меня миллиметр украл?"
     - Все по закону: выбросил на "перекат"
     - Какой еще "перекат"?
     - А мы теперь как авиаконструкторы работаем, с учетом "пере-
ката".
     Стал я разбираться. Листы металла при прокате станом полу-
чаются то толще, то немного тоньше нормы. Раньше для судострое-
ния брали листы несколько толще, чтобы гарантировать прочность,
но из-за этого изделия получались тяжелее, а для подводных лодок
это также плохо как и для самолетов (может быть даже и хуже). А
теперь берут только листы с "перекатом" - чуть тоньше нормы. То
есть, если лист по норме имеет толщину 7 мм, то отклонение от
нормы в меньшую сторону порядка 0,3 мм. Спрашиваю:
     - Леша, но ведь тут всего три десятки, а ты выбросил целый
миллиметр!
     - Имею полное право округлить до целого значения... (за точ-
ность передачи разговора не поручусь, - это было десять лет на-
зад).
      Я бегом к начальнику, говорю:
      - Целый миллиметр прочнисты украли, тогда я и вес конструк-
ции на весь этот миллиметр меньше подсчитаю!
      - Э, нет голубчик, а вот вес трогать ты не имеешь права.
      Ну я не буду дальше объяснять.
    Но суть в том, что таких коэффициентов, которые можно произ-
вольно немного увеличивать и уменьшать с целью превышения задан-
ного запаса прочности весьма немало.
     НУ А ТЕПЕРЬ Я УСТАЛ, И ОБ ОСТАЛЬНОМ - ЕСЛИ ХОТИТЕ, РАССКАЖУ
В СЛЕДУЮЩИЙ РАЗ...
                     ************
     Ладно, продолжаю. Урву еще часок...
     Казалось бы: ну хорошо, может быть со мной хотя бы кто-ни-
будь да согласится, что рассчетным путем определить ПРЕВЫШЕНИЕ
запаса прочности над нормой почти невозможно. Однако ведь есть
возможность измерить действующие напряжения опытным путем! Ста-
вят узел или деталь, нагружают его усилием заданым в расчете
прочности, тензодатчиками проверяют действующие напряжения, и ес-
ли они значительно отличаются от тех, которые в расчете, то проч-
нистов можно сразу брать за ушко - да на солнышко. Так ли это?
НЕТ.
                       **********
    Дело в том, что многие детали и узлы конструкции почти невоз-
можно проверить опытным путем, вернее опытные нагружения произ-
вести-то можно, вот только результаты их будут недостоверны.
    Люди с улицы наивно думают, что современная техника дошла до
заоблачных высот, и путем опытов может определить якобы все. Так
думать - глубокая ошибка. Опытным путем можно проверить только
хорошо изученные явления. Вот например, все знают, что при проек-
тировании корабля изготавливают модели и прогоняют их в опытовом
бассейне, что бы определить и скорость и мощность силовой уста-
новки. Но почти никто из посторонних не знает, что такие экспери-
менты пригодны лишь для водоизмещающих судов причем только обыч-
ных форм (но не для принципиально новых), а вот для глиссирующих
или судов на подводных крыльев таким путем что-либо определить -
нельзя. Пытаются конечно, но результаты далеки от истинных. А с
экранопланами вообще морока - невозможно определить их динамичес-
кие характеристиками модельным путем...
    Теперь вернемся к самолетам. Как я и раньше утверждал: крыло
более просто рассчитать, чем другие элементы. DM - воочию видя
как сложно рассчитать крыло, само-собой протестует против этого
утверждения. Поясню в чем дело.
    Насколько я убедился из практики работы в КБ - в отличие от
ученических расчетов прочности, когда Вам сразу дают заданную
нагрузку, в реальной практие вот ее-то определить как правило
труднее всего.
    Во вторых: важнейшим фактором любого прочностного расчета яв-
ляется выбор действующей разрушающей нагрузки. Здесь опять же
большинство со школьной скамьи привыкло, что величину этой самой
нагрузки им заранее задают в учебнике - преподносят в готовом ви-
де. А в конструкторской практике очень часто бывает, что очень
трудно определить эту самую нагрузку: не только какова ее величи-
на, но и направление - ведь она величина векторная. А кроме того,
нагрузка бывает еще и сосредоточенная как игла в одной точке (са-
мый простой случай), и распределенная по площади, причем неиз-
вестно каким (может произвольным) образом. Бывает так, что опре-
делить характер этой нагрузки бывает труднее, чем сделать сам
расчет прочности. И я несколько раз наблюдал, какие горячие спо-
ры вызывает вопрос определения величины разрушающей силы, и как
прочнисты насмерть бьются, чтобы задать эту силу как можно
больше. Почему вы спросите? А потому, что задав несколько большую
разрушающую силу, они гарантируют себя от тюрьмы. Ведь это дело
конструктора проектанта рассчитывать вес созданной им конструк-
ции, а прочниста это не беспокоит. И если от превышения нагрузки
будет увеличен вес конструкции, то ругать за это будут проектан-
та, а не прочниста. Прочнист отвечает только за прочность. И нао-
борот, если конструкция созданная инженером-проектантом сломает-
ся, то мере отвечать за это будет не он (хотя и он тоже, но в
меньшей мере), а в большей мере все-таки прочнист, поскольку он
дал решающее "добро" на ее использование. Поэтому инженеры-рас-
четчики из узко эгоистическких интересов с большей доброжела-
тельностью относятся к несколько завышенным нагрузкам, и ни в
коем случае не терпят их уменьшения.
   Часто конструкторам вообще бывает непонятно, на какую именно
силу надо вести расчет данного узла: ведь часто бывает, что сил
действующих на узел очень много, мало того, многие из них динами-
ческие, то есть, то они исчезают, то увеличиваются до максимума,
а то вообще произвольным образом меняют направление!
   И вот в отличие от остальных узлов основное крыло самолета ве-
дет себя несколько более порядочно. Я не буду утверждать, что и в
нем нет неприятных явлений, особенно все любят упоминать флаттер,
но например флаттер надо не столько рассчитывать - сколько прила-
гать усилия к его уничтожению. Он в основном зависит от относи-
тельной прочности различных элементов крыла (не буду подробно
объяснять, но я в этом хорошо разобрался). И если все элементы
подобраны правильно, то флаттер либо минимален, либо вообще от-
сутствует. А неправильно проектировать крыло, а потом пытаться
рассчитывать огромные нагрузки от флаттера - безумная затея. Как
говорил Моторостроитель Микулин: "Вредным силам надо не противо-
поставлять увеличенную прочность - их надо уничтожать в зародыше."
   Итак, крыло рассчитать несколько легче, чем другие элементы.
Почему? Главная по величине нагрузка на крыло - ЭТО ВЕРТИКАЛЬНАЯ
СИЛА от веса самолета (ну разумеется с перегрузкой). А все ос-
тальные силы действующие на него гораздо меньше этой. И даже их
добавка к ней (которые тоже учитываются) вполне укладывается в
запас прочности 1,5. Напротив, многие остальные элементы кон-
струкции самолета должны рассчитываться (но это часто не делает-
ся из-за их огромного количества) на большое количество самых
разнообразных нагрузок. Вот к примеру: реактивный бомбардировщик
Ил-28. У него в корме стоит двухствольная шарообразная башня с
пушками 20 мм калибра. Углы ее обстрела по горизонтали +-70°
вправо и влево; и по вертикали 40° вниз и 60° вверх. Необходимо
рассчитать всю хвостовую оконечность, на воздействие сил отдачи
этих двух пушек, причем с очень большим количеством рассчетов.
    А ведь у крыла достаточно произвести один расчет под строго
вертикальным направлением действия силы (плюс   расчеты    на
флаттер, различную вибрацию и пр...). Хотя эти расчеты и доста-
точно сложны, но их количество должно быть меньше, чем рассчеты
под множеством углов других элементов (которые впрочем тоже надо
бы рассчитывать и на вибрацию и на много еще чего).
    Теперь снова вернемся к опытам по проверке прочности, каким
образом их проводят? На мой взгляд, опытным путем особенно труд-
но проверить распределенную нагрузку. Сосредоточенную, напротив -
намного легче. потому, что она действует примерно как узкая стре-
ла - прикреплена в одной точке. Именно так и проверяют узлы от
сосредоточенной силы: закрепляют узел, и прилагают к нему нагру-
жающую силу в виде тягового усилия или сжимающего. Вся простота в
том, что эту силу закрепляют В ОДНОЙ ТОЧКЕ!
   А вот распределенную силу поймать во много раз труднее. Ведь
например сила от перегрузки распределена практически по всему
объему материала, и закреплять ее в одной какой-лобо точке было
бы большой ошибкой. То есть, при проведении опытов ее надо тоже
распределять по всему объему материала, а ЭТО НЕВОЗМОЖНО! Совре-
менная техника еще не дошла до этого.
   И вот тут я начинаю объяснять, почему крыло испытать легче.
Дело в том, что оно является плоскостью. И нагрузка действующая
на него (аэродинамическая сила) тоже раапределена по по этой
плоскости. Поэтому авиаконструкторы, не мудрствую лукаво, в преж-
ние времена просто укладывали на обратную поверхность крыла меш-
ки с песком или с дробью, и проверяли напряжения, или когда кры-
ло начнет разрушаться. Впрочем, точно так же от распределенной
силы можно проверять и оперение, и даже хвостовую часть фюзеляжа.
Длинные и большие элементы самолета на распределенную нагрузку
проверит не сложно. Например возьмем какой-нибудь стрингер длин-
ной от 2-х до 10 метров. Его закрепляют, и через небольшие рас-
тояния закрепляют несколько тянущих усилий, создавая довольно
близкое подобие распределенной силы. То есть, В принципе, не так
уж сложно проверить главные несущие элементы самолета    на
РАСПРЕДЕЛЕННУЮ нагрузку.
   Напротив, я утверждаю, что создать распределенную нагрузку для
очень мелких элементов конструкции самолета: всяких книц, не-
больших ребер и различных креплений - практически невозможно (в
данное время). У них слишком малы размеры для этого! Как же их
проверяют на распределенную нагрузку? А никак! Никто этим и не
занимается. Поэтому уважаемый DM вводит читателей в заблуждение,
утверждая, что в авиации Абсолютно ВСЕ проверяется. А без провер-
ки, извините меня, Я НЕ ПОВЕРЮ, что конструкторы строго выдержа-
ли норму запаса прочности. Надеюсь вы все со мной согласитесь,
что как бы ни точны были предварительные расчеты даже с помошью
самых современных компьютеров, но без практической проверки они
не имеют никакого значения как доказательство чего либо. Напри-
мер, при проектировании судна изготавливается его модель, и ее
прогоняют в опытовом бассейне. Казалось бы: получен точный ре-
зультат, и уже незачем испытавать на мерной миле скорость пос-
троенного судна, если есть модельный эксперимент. Однако, Все
равно каждое судно до сих пор проверяют РЕАЛЬНЫМИ ИСПЫТАНИЯМИ.
Точно так же и с самолетоами: при их проектировании аэродинамики
все тщательно проверяют и рассчитывают, сотни образцов моделей
продувают в аэродинамической трубе, казалось бы - чего Вам еще
надо, зачем проводить еще и летные испытания? Однако, никто до
конца не верит модельным экспериментам (и правильно делают), и
каждое изделие проверяют практической работой. Таким образом,
уважаемый DM может сколько угодно приводить данные опытных экспе-
риментов, но проверять фактически действующие усилия на все эле-
менты конструкции самолета ДОСТОВЕРНО ТОЛЬКО путем летных испы-
таний.
   Так, мое время кончилось. приходиться продолжить потом. Жаль,
что оппоненты сейчас сразу бросятся доказывать как великолепно
проводятся летные испытания. Не советую Вам этого делать. Если
напишу следующую главу, то и тут вы откроете для себя немало ка-
зусов.
                 С уважением, Олег Т.
                         ************
    Итак, для проверки прочности необходимы не только наземные,
но также и летные испытания прочности. Потому, что наземынми эк-
спериментами НЕВОЗМОЖНО СОЗДАТЬ РАСПРЕДЕЛЕННУЮ НАГРУЗКУ. А если
проводить летные испытания прочнсти - то разумеется с такими пе-
регрузками, чтобы почти достигнуть предела прочности и подойти к
моменту разрушения самолета. Многие скажут, что так поступать -
чистое безумие: не только самолет может развалиться, но и летчи-
ки могут погибнуть. Отвечу только тем, что уважаемый DM рассказы-
вает нам сказки, что в авиации ВСЕ проверяется, вот и будьте доб-
ры проверить самолет до разрушения в воздухе! Я отлично знаю, что
при наземных опытах самолет нагружают до разрушения, но напоми-
наю, что в тех опытах НЕ СОЗДАЮТ РАПРЕДЕЛЕННЫХ НАГРУЗОК!
   Кроме того, в самолеты около тысячи деталей. На каждую из них
надо поставить как минимум по пять тензодатчиков для определения
фактически действующих в полете нагрузок, а на многие большераз-
мерные элементы вроде панелей обшивки и длинных стрингеров число
этих датчиков надо ставить гораздо больше. То есть - порядка де-
сяти тысяч датчиков, и около тысячи приборов электронно измери-
тельной аппаратуры должен поднять самолет для ПОЛНОЙ проверки
ВСЕХ деталей самолета на прочность в полете. Это чистое безумие,
скажут летчики. Извините, такую сказку нам рассказывает уважае-
мый DM, и многие даже верят ему. А я утверждаю, что при летных
испытаниях проверяется ничтожная доля от общего количества всех
деталей конструкции самолета.
   Крометого, чтобы установить десять тысяч тензодатчиков в са-
мых труднодоступных местах - практически НЕВОЗМОЖНО. Для этого
надо разобрать весь самолет на мелкие детали, прикрепить к ним
датчики, а потом вновь собрать. Ведь DM нам рассказал нам сказку,
что при полетных испытаниях на прочность проверяется КАЖДАЯ де-
таль! И если я попрошу в доказательство его тезиса установить
тензодатчик в каком-нибудь очень труднодоступном месте, например
в кессоне крыла, или другом наглухо закрытом месте, а летчики
скажут, что это в принципе невозможно, то тогда извините: можете
хоть пол крыла разрезать автогеном, но будте добры установить ты-
сячи датчиков в труднодоступные места, ведь именно это утвер-
ждает DM!
        Но и это еще не все. Если будет желание, то последует
продолжение, хотя я и так устал от этой дискуссии, когда взор-
слым инженерам приходится объяснять чем реальность отличается от
сказки.
             С уважением, Олег Тесленко.