Клееные конструкции в боевых самолетах

ВИАМ/2004-204225
Клееные конструкции в боевых самолетах
времен Великой Отечественной войны
Л.И. Аниховская
Декабрь 2004
Всероссийский институт авиационных материалов (ФГУП
«ВИАМ» ГНЦ РФ) – крупнейшее российское государственное
материаловедческое предприятие, на протяжении 80 лет
разрабатывающее и производящее материалы, определяющие
облик современной авиационно-космической техники. 1700
сотрудников ВИАМ трудятся в более чем 30 научноисследовательских лабораториях, отделах, производственных
цехах и испытательном центре, а также в 4 филиалах
института. ВИАМ выполняет заказы на разработку и поставку
металлических и неметаллических материалов, покрытий,
технологических процессов и оборудования, методов защиты
от коррозии, а также средств контроля исходных продуктов,
полуфабрикатов и изделий на их основе. Работы ведутся как по
государственным программам РФ, так и по заказам ведущих
предприятий авиационно-космического комплекса России и
мира.
В 1994 г. ВИАМ присвоен статус Государственного
научного центра РФ, многократно затем им подтвержденный.
За разработку и создание материалов для авиационнокосмической и других видов специальной техники 233
сотрудникам ВИАМ присуждены звания лауреатов различных
государственных премий. Изобретения ВИАМ отмечены
наградами на выставках и международных салонах в Женеве и
Брюсселе. ВИАМ награжден 4 золотыми, 9 серебряными и 3
бронзовыми медалями, получено 15 дипломов.
Возглавляет институт лауреат государственных премий
СССР и РФ, академик РАН, профессор Е.Н. Каблов.
Статья подготовлена для опубликования в журнале «Клеи.
Герметики. Технологии», № 5, 2005 г.
Электронная версия доступна по адресу: www.viam.ru/public
Клееные конструкции в боевых самолетах времен
Великой Отечественной войны *
Л.И. Аниховская
Всероссийский институт авиационных материалов
В конструкциях самолетов, которые защищали небо нашей Родины в
период Великой Отечественной войны, склеивание было основным методом
сборки. При создании самолетов широко использовали древесину, фанеру,
шпон и дельта-древесину (облагороженная клееная слоисто-прессованная
древесина). С применением указанных материалов изготавливали основные
элементы самолета: крыло, фюзеляж, оперение. Из статистических данных,
приведенных авиаконструктором А.С. Яковлевым [1], видно, что в период
1930–1950 гг. было произведено 188750 самолетов типа Р-5, И-15, И-16,
ЯК-3, ЯК-7Б, МиГ-1, ЛаГГ-1 и др., из них: деревянной конструкции –
48628; смешанной – 111831; металлической – 28291.
Поскольку
самолеты
деревянной
и
смешанной
конструкций
изготавливали с широким использованием клеевых соединений, то примерно
85% от общего количества самолетов были полностью или в основном
клееными. Эта цифра может быть заметно увеличена, если учесть
цельнодеревянные десантные планеры и многие серии металлических
самолетов Ил-4 и Ту-2, у которых вследствие дефицитности дуралюмина
консоли крыла и носовую часть фюзеляжа изготавливали с использованием
древесины и фанеры.
Широкое применение клееных деревянных конструкций в самолетах в
предвоенный и военный периоды объясняется благоприятным соотношением
между прочностью и
весом, которое ставило их в один ряд с
высокопрочными легкими сплавами. К числу положительных особенностей
древесных материалов также относится простота их обработки как на
предприятиях-поставщиках (лесопильных и фанерных заводах), так и в
*
В статье использованы данные, полученные Фейгиным Л.Л.
условиях цехов самолетостроительных заводов. Интересно отметить, что в
военный период клееный фюзеляж штурмовика Ил-2 (кроме передней
бронированной части) изготавливали на мебельной фабрике.
Однако деревянным агрегатам самолетов свойственна относительная
недолговечность,
обусловленная
низкой
атмосферостойкостью
применяющихся в них материалов. Особенно в самолетах производства
30-х гг., когда авиационная промышленность располагала древесиной из
сосны, альбуминовой фанеры и казеинового клея. Исследование состояния
деревянных
конструкций
в
процессе
эксплуатации
показало,
что
альбуминовая фанера и казеиновый клей непригодны для длительной
эксплуатации и хранения под открытом небом. Соединения, выполненные с
применением казеинового клея, под действием влаги снижали прочность и
подвергались гниению. Те же самые явления наблюдались в деталях из
альбуминовой фанеры на основе альбуминового клея, который, как и
казеиновый, был недостаточно водостойким и являлся хорошей питательной
средой для грибов, поражающих древесину. Срок эксплуатации самолетов не
превышал 5–6 мес.
Создание в ВИАМ клеев ВИАМ Б-3 и ВИАМ Ф-9 положило начало
применению
в отрасли
синтетических
клеев, обладающих
хорошей
грибостойкостью, водостойкостью и повышенной огнестойкостью.
Клей ВИАМ Б-3 отверждается при комнатной температуре. Однако
склеивание деревянных агрегатов проводили по ускоренной технологии,
предусматривающей кратковременный нагрев клеевых соединений до 50°С,
что в 10–12 раз ускоряло технологический процесс склеивания. Это имело
огромное значение в начале войны, когда фронту не хватало новых типов
самолетов-истребителей.
Исследование новых деревянных агрегатов самолетов-истребителей
подтвердило повышение их надежности и ресурса по сравнению с ранее
применявшимися материалами, но в то же время выявило недостаток,
свойственный клею ВИАМ Б-3. Было обнаружено понижение прочности
соединения верхней фанерной обшивки с каркасом крыла, что было
следствием наличия в рецептуре клея кислотного отвердителя и большой
концентрации его в тонком слое шпона. Обшивка темнела под действием
нагрева солнечными лучами. Процесс снижения прочности протекал
медленно при нормальной температуре и резко ускорялся при 60–80°С. В
ВИАМ была проведена работа по модификации клея ВИАМ Б-3, которая
позволила исключить влияние клея на материал обшивки. Кроме того, была
применена
дополнительная
защита
агрегатов
перхлорвиниловыми
лакокрасочными покрытиями и разработаны крыльевые чехлы – тенты. Эти
мероприятия позволили увеличить долговечность деревянных агрегатов до
4–5 лет. Клеи выполняли также и другие функции: использовались для
защиты от атмосферных и вообще внешних воздействий в качестве
поверхностных покрытий деревянных конструкций.
Под руководством Я.Д. Аврасина был создан принципиально новый
материал
–
негорючая
дельта-древесина,
состоящая
из
специально
обработанных слоев шпона, склеенных между собой фенольным клеем по
определенной схеме (через каждые 10 продольных листов шпона – один
поперечный). Дельта-древесина не только не горела, но и была достаточно
прочной. Впервые дельта-древесина была применена в конструкциях
И.С. Лавочкина (ЛАГИ).
Большой вклад в разработку клеев и технологию изготовления клееных
конструкций и агрегатов в тот период внесли сотрудники ВИАМ –
А.В. Раковский, В.В. Бодрова, Я.Д. Аврасин, М.А. Хрипунова, Н.И. Артамохин,
Л.Л. Фейгин, И.И. Михалев, К.П. Горский, А.И. Пригорева, А.В. Ермолаев,
Н.Н. Смирнов и др.
В военный период уделялось много внимания проблеме сохранности и
безопасности топливных баков. В предвоенные годы для бензобаков
применяли алюминиевые сплавы, но при попадании пуль, особенно под
углом, пробоина имела размеры, превышающие во много раз диаметр пули.
Бензин лился потоком и самолет мог просто остаться без горючего, а если
пуля была зажигательной, то возникал пожар. Проблема «живучести»
бензобаков решалась поэтапно. Были разработаны фибровые баки. Фибра
при простреле разрушалась локально, не образуя заусенцев, что на порядок
уменьшило утечку бензина. Фронту было поставлено более 22000 самолетов
с фибровыми баками, что спасло жизнь тысячам советских летчиков и
сохранило большое число боевых самолетов. Однако главное решение этой
проблемы было найдено учеными ВИАМ. Под руководством А.В. Ермолаева
были созданы и внедрены эластичные подвесные мягкие баки, состоящие из
слоев ткани и резины, склеенных между собой. Полученная во время боевых
действий пробоина уже в процессе ее образования затягивалась за счет
быстрого набухания в бензине среднего резинового слоя стенки бака, что
значительно
снижало
опасность
пожара.
Многие
десятки
тысяч
пожаробезопасных баков были изготовлены по технологии, разработанной в
ВИАМ, а первые 2000 баков были изготовлены непосредственно в ВИАМ.
Эти разработки оказали значительную помощь авиации во время ВОв.
Заслуги А.В. Ермолаева и всей работы ВИАМ по созданию мягких баков
будут выглядеть еще более значимыми, если отметить, что противник так и
не смог заменить металлические баки более жизнестойкими.
Помощь фронту оказывалась непосредственно в полевых условиях. По
разработанной в ВИАМ технологии восстановления поврежденных деталей в
тяжелейших условиях проводился ремонт боевой техники. Были созданы
оперативные ремонтные бригады, передвигавшиеся на мотоциклах со
сварочными агрегатами и оснасткой для проведения ремонтных работ с
применением клеев.
Важнейшими в период ВОв являлись работы института по созданию
авиационной брони. Одним из направлений этих работ было применение клея
ВИАМ Ф-9 при создании прозрачной брони для остекления самолетов. В этом
исследовании Б.В. Ерофеевым (впоследствии член Белорусской АН) и
М.М. Гудимовым было найдено решение двух взаимоисключающих задач:
броня должна была быть пулестойкой и одновременно полностью прозрачной.
Учеными был использован принцип «активной брони». Разработанная система
состояла из высокого твердого экрана из особого стекла марки «Сталинит» и
энергоемкой подложки из полиметилметакрилатного органического стекла.
Первый элемент раздроблял сердечник бронированной пули, второй поглощал
своей деформацией кинетическую энергию осколков. «Живучесть» остеклению
обеспечивала его мозаичная структура из таблеток «Сталинита». Созданная на
этой основе прозрачная отечественная броня надежно защищала
от
бронебойных пуль с 50 м, в то время как на самолетах, поступавших по
ленд-лизу, остекление фонарей выдерживало попадание пуль лишь с дистанции
800 метров. За эту работу ее авторам была присуждена Сталинская премия.
В 1941 г. были разработаны консистентные смазки, которые применяли в
качестве уплотняющих композиций, наносимых на заклепочные, болтовые и
другие соединения металлических конструкций, приборов и агрегатов для
обеспечения их непроницаемости. В 1942 г. разработаны два варианта
уплотняющей композиции. На основании полученного опыта применения
консистентных смазок созданы современные герметизирующие материалы.
Впервые разработку консистентных смазок начали сотрудники ВИАМ
Л.E. Зельбет, Ф.В. Данилов и М.С. Клеусова.
ВИАМ внес в Великую Победу неоценимый вклад: создал в кратчайшие
сроки новые материалы и технологии, превосходящие по определяющим
показателям разработки противника. За вклад в победу в Великой Отечественной
войне ВИАМ награжден орденом Ленина (1945 г.) и более 200 научных
работников института удостоены орденов и медалей Советского Союза.
Список литературы:
1.
Яковлев А.С. Советские самолеты. М.: Изд.-во «Наука», 1978.
2.
Аниховская Л.И., Батизат В.П., Петрова А.П. Клеи и их применение // Науч.технич. сбор.: Авиационные материалы на рубеже XX–XXI веков. М.: ГП ВИАМ,
1994.
3.
Скляров Н.М. Путь длиною в 70 лет. М.: МИСИС – ВИАМ, 2002.