Авиация и космонавтика 2002 10 - [5]
Важнейшей задачей стал выбор двигателя. А. А. Микулин и его ближайший помощник С.К. Туманский сразу же предложили решение. Их двигатель представлял собой развитие ТРД 15К с осевым компрессором, который разрабатывался для беспилотного летательного аппарата. Двигателисты доработали компрессор, камеру сгорания и форсажную камеру. Они подняли температуру вдоль всего газового тракта и разработали сопло с регулируемым проходным сечением. Для точного регулирования подачи топлива на заданных режимах работы силовой установки вместо гидромеханической топливной автоматики была применена электронная автоматика. Решить вопросы по силовой установке помог опыт применения двигателя Р-15Б-300 на опытных самолетах Е-150 и Е-152.
Требовалось создать прежде всего, летательный аппарат, сочетающий дозвуковые и большие сверхзвуковые режимы полета, реализующий особенные высотно-скоростные характеристики. По результатам трубных испытаний моделей в ЦАГИ была принята окончательная схема самолета.
Не менее ответственным этапом стал выбор конструкционных материалов. Самолеты преодолели звуковой барьер, уже начали говорить о полете со скоростью, соответствующей числу М=3, однако на пути к большим числам М возник новый барьер. Нагрев носовой части самолета МиГ-21 при полете с числом М=2,05 достигал 107°С. Было известно, что при скорости, соответствующей М=3, можно ожидать нагрева до 300°С, а применение основного авиационного конструкционного материала – алюминиевого сплава – ограничено температурой 130°С. Плексиглас в качестве материала остекления кабины пилота также больше не годился. При заданных рабочих температурах он просто плавился. Гидравлическая жидкость разлагалась, пневматики теряли упругость, так же как и все детали из резины… Не успели самолеты преодолеть звуковой барьер, как необходимо было преодолеть еще один барьер – тепловой. Новый барьер казался непреодолимым.
Вынужденный отказ от алюминиевых сплавов, казалось, не оставлял никакой альтернативы, кроме титана.
В это время выпускалась высококачественная сталь, которая обладала хорошей свариваемостью, что, исключало проблему герметизации. В нашей стране начиная с 30-х годов были разработаны многочисленные методы сварки. Автоматическая сварка отработанная академиком Патоном использовалась при выпуске танков.
А.И. Микоян, тщательно взвесив все аргументы "за" и "против", принял решение: самолет будет изготовлен из стали. За работу принялись все. Инженеры исследовательских бюро, научно-исследовательских институтов металлургической промышленности, специализированных лабораторий создавали высокопрочную нержавеющую жаропрочную сталь, искали новые титано-алюминиевые сплавы для применения в менее температурно- напряженных местах конструкции, создавали сборочное, литейное, штамповочное и сварочное оборудование, проводили металлографические исследования для изучения поведения материала при сварке, тенденций к растрескиванию при нагреве и охлаждении, взаимодействия основных и вспомогательных конструкционных материалов, законов кристаллизации в сварной зоне, контролировали процесс кристаллизации при работе с материалами с различными характеристиками свариваемости. Качественная сталь обладает прочностью, в три раза превышающей прочность алюминиевого сплава, однако была в три раза тяжелее. Поэтому, чтобы не перетяже- лять конструкцию самолета, каждый элемент следовало делать в три раза тоньше, что потребовало нового подхода к проблемам сопротивления, устойчивости, вибрации и т. п.
Генеральный конструктор ОКБ-155 А.И. Микоян
Шаг за шагом осваивались новые методы сборки панелей и деталей.
Пессимисты, а их было достаточно много, считали, что сварные баки-кессоны не выдержат испытаний и после каждой посадки в конструкции самолета будет происходить растрескивание, в результате чего самолеты станут выходить из строя.
Однако постепенно все сложные проблемы были решены, просле чего приступили к постройке первого опытного самолета. Технический результат этой работы впечатляет.
Распределение конструкционных материалов:
– конструкции из стали – 80% массы планера;
– титановые сплавы – 8%;
– элементы конструкции из жаропрочного алюминиевого сплава Д19-11 %.
Распределение методов соединения:
– точечная и роликовая сварка – 50% (больше 1400000 сварных точек);
– различные методы аргоно-дуговой сварки – 1,5%;
– дуговая сварка плавлением и сварка в среде инертного газа – 1,5%;
– соединение при помощи болтов и заклепок – 23,5 %.
Фюзеляж и центральная секция крыла были спроектированы как бак- конструкция. Цельносварные баки-от- секи занимали 70% объема фюзеляжа. Герметичность конструкции обеспечивалась сварными швами, надежность которых можно проиллюстрировать следующими цифрами. За один год сварочных работ, общая длина которых соответствует расстоянию от Москвы до Нижнего Новгорода (450 км), обнаружена только одна или две небольшие утечки топлива (незначительная капельная течь). Ремонт не представлял никаких трудностей, причем, что имеет принципиальное значение, его можно было выполнять при необходимости непосредственно на стоянке самолетов.
