Самолёты с морщинами. Стоит ли беспокоиться?
То самое фото из журнала The Aviationist. В дополнение к помятому фюзеляжу - искры из двигателя вследствие попадания инородного предмета
На протяжении почти всей своей истории самолеты сталкиваются с характерным явлением в виде деформации обшивки. При тех или иных обстоятельствах ровная внешняя поверхность подвергается короблению и покрывается «морщинами», портящими внешний вид. Однако в современной авиации это не является проблемой – подобные деформации учитываются при проектировании, а в ряде случаев предусматриваются изначально.
Внешние проявления
С проблемой местных деформаций обшивки ввиду различных факторов впервые столкнулись уже на ранних этапах развития авиации, когда самолеты строились из дерева и покрывались полотном. Внедрение новых материалов и совершенствование конструкции позволяло избавиться от морщин на поверхности, но не исключало их появление полностью.
Эпоха цельнометаллических самолетов принесла новые преимущества, но не избавила технику от недостатков. Даже современные образцы авиационной техники порой имеют характерные волнистые участки обшивки. Обшивка деформируется между силовыми элементами, из-за чего поверхность планера приобретает специфический вид.
Другой B-52 с более выраженными морщинами. Фото Wikimedia Commons
Рассматриваемые деформации обшивки относятся только к фюзеляжам. На несущих поверхностях нередко наблюдаются схожие явления, однако они имеют немного иную природу, и с ними ведется активная борьба особыми средствами. Деформации обшивки фюзеляжа, в свою очередь, имеют меньший приоритет. Кроме того, на многих самолетах подобное поведение планера изначально предусматривается при проектировании.
Тему коробления обшивки самолета на днях вновь подняла зарубежная авиационная пресса. Поводом для этого стала любопытная фотография американского стратегического бомбардировщика Boeing B-52H Stratofortress. На ней было четко видно, что на участке между кабиной и крылом левый борт фюзеляжа серьезно деформирован и образует волнистую поверхность. Границы такой деформации прошли по силовым элементам.
Следует отметить, что это не единственная фотография B-52 с подобными деформациями. Известны многочисленные снимки и иных самолетов или вертолетов с таким состоянием обшивки. Они нередко нервируют общественность, но специалисты сохраняют спокойствие.
Причины явления
Во времена деревянных конструкций и полотняной обшивки «морщины» в основном были связаны с несовершенством материалов и отсутствием опыта в конструировании техники, а также с низкой культурой производства. Все эти факторы, в т.ч. в разных сочетаниях, могли приводить к образованию мелких или крупных морщин на полотняной обшивке.
Пассажирский Boeing 747 с деформацией фюзеляжа за крылом. Фото Airliners.net
Неаккуратная установка гибкой обшивки приводила к несимметричным растяжениям с последующей деформацией. Деревянный силовой набор под воздействием внешних факторов мог немного менять свои размеры и форму, что сказывалось на обшивке. Во время полета силовой набор принимал на себя нагрузки и тоже деформировался – с известным влиянием на форму полотна.
В случае со смешанными или цельнометаллическими конструкциями имеет место сохранение последнего фактора – деформации планера под воздействием разнообразных нагрузок в полете и на стоянке. Прочие предпосылки к короблению в основном ликвидированы.
Рассмотрим процессы деформации обшивки на примере самолета B-52H, ставшего главным героем последних публикаций. На его фотографии четко видно, что на уровне бортов кабины обшивка выпирает наружу по ячейкам сетки, образованной каркасом. Позади этого участка, ближе к крылу, наблюдается несколько аналогичных «ячеек» с диагональными морщинами. Прочие участки обшивки, в т.ч. в непосредственной близости от покоробленных, выглядят прямыми и не привлекают внимания.
Планер B-52H построен по схеме полумонокока. Его основой является прочный силовой набор; часть нагрузок берет на себя обшивка. При этом металлические листы обшивки имеют толщину не более нескольких миллиметров, что определяет их прочность на растяжение и сжатие и позволяет сократить массу. Конструкция планера выполнена упругой и реагирует на нагрузки некоторыми деформациями в пределах установленной нормы. Основная часть нагрузки ложится на каркас, но и обшивка не остается без работы.
Boeing 757 с аналогичными проявлениями. Эллипсом отмечена зона коробления. Фото Wikimedia Commons
На стоянке носовая часть планера опирается на передние стойки шасси и нагрузки распределяются оптимальным образом. После заправки топлива и подвески боекомплекта масса самолета увеличивается, а после взлета распределяется иным образом – весь вес посредством силового набора и работающей обшивки передается на крыло. Выполнение различных маневров может приводить к изменению направления и значения нагрузки на конкретные участки каркаса и обшивки.
Длительное воздействие нагрузок на растяжение, имеющее место при долгой эксплуатации самолета, может приводить к деформации отдельных участков обшивки. Следствием этого становится коробление внешней поверхности с получением специфического внешнего вида. Впрочем, несмотря на порчу экстерьера, деформированные участки обшивки могут сохранять требуемую прочность и пригодны для дальнейшей эксплуатации.
Продолжение эксплуатации и сохранение нагрузок приводят к дальнейшим деформациям, и деталь все равно приходится менять. Однако такие процессы занимают достаточно много времени, за которое самолет может попасть в объектив фотографа и обеспокоить общественность.
Способы борьбы с явлением
Предотвратить коробление можно на стадии разработки и строительства планера, и для этого можно использовать несколько основных идей. Прежде всего, необходим тщательный расчет прочности конструкции с учетом всех нагрузок на стоянке и в полете. Правильный выбор материалов и параметров деталей позволяет сделать конструкцию достаточно прочной и жесткой без риска повреждения обшивки.
Российский Ту-160 тоже может иметь деформацию обшивки - в данном случае в передней части центроплана. Фото Минобороны РФ / mil.ru
Нетрудно заметить, что на B-52H «морщины» появляются только на определенных участках, где имеются большие нагрузки, а силовые элементы достаточно редки. Таким образом, более частое размещение деталей каркаса и крепление к ним обшивки позволяет иначе распределять нагрузки и исключать видимые деформации.
«Морщины» характерны для гибкой металлической обшивки. Современные композиционные материалы отличаются большей жесткостью, из-за чего не деформируются под аналогичными нагрузками. Однако композиты сложнее и дороже листовой обшивки. Кроме того, их применение не всегда соответствует требованиям проекта.
Нужно отметить, что коробление обшивки не всегда является проблемой, требующей решения. Такое явление может изначально закладываться в конструкцию для обеспечения нужного соотношения прочности, массы и летных характеристик.
Не повод для беспокойства
Поведение обшивки в ходе разных этапов полета и в эксплуатации учитывается уже на этапе разработке проекта. Также определяются сроки службы и требования к панелям обшивки, соответствие которым позволяет продолжать их использование.
Хвостовая часть Ту-95МС. Швы крепления обшивки располагаются достаточно близко, что исключает образование морщин. Фото Wikimedia Commons
На примере бомбардировщиков B-52H, имеющих рекордный возраст, видно, что «морщины» на обшивке не мешают эксплуатации техники и не являются серьезной проблемой. Элементы обшивки можно заменять новыми, но необходимость в этом возникает не слишком часто. Как следствие, множество самолетов продолжает летать с волнистой обшивкой, которая ничуть не мешает им выполнять поставленные задачи.
Схожие особенности планера наблюдаются у множества других самолетов и вертолетов разных классов, в т.ч. у техники гражданского назначения. Во всех случаях деформация и коробление сами по себе не становятся поводом для беспокойства. Ремонт выполняется при наличии соответствующих предпосылок технического характера, тогда как внешним видом обычно жертвуют.
Таким образом, недавно опубликованная фотография, наделавшая немало шума, показывает всего лишь одну из любопытных особенностей современной авиации. Конструкторы прекрасно осведомлены о ней и принимают необходимые меры, если они нужны. А поводы для паники отсутствуют, даже если «морщинистый» самолет выглядит странно и непривычно.
Информация