Из чего делают самолеты? История вопроса

Самые первые самолеты были очень похожи на своих предшественников, воздушных змеев. Они имели деревянный набор, обшитый полотном. Иногда вместо реек использовали легкие металлические трубы. Прочности такого самолета хватало на короткий демонстрационный полет при безветрии.

Во времена Первой мировой войны боевым самолетам требовалась большая прочность фюзеляжа и крыльев. Посему некоторую часть полотняной обшивки, в особенно важных местах, заменили на металл.

Шло время, добыча алюминия росла, дюраль был легок и прочен, но в СССР его производили недостаточно для массового использования в авиации. Основной предвоенный советский истребитель И-16 был в основном деревянным и полотняным. Силовой набор — деревянный. Фюзеляж — из фанеры, проклеенной казеиновым клеем. Обшивка стабилизатора и крыльев полотняная, только силовой набор хвостового оперения и элеронов был из дюраля, тут прочностные требования не позволяли использовать дерево.

А Туполев еще в 1931 году построил свой ТБ-3 (он же АНТ-6) — цельнометаллический, из дюраля. Металлический силовой набор, фюзеляж и крылья из гофрированного дюраля…

Эксплуатация в мирное время самолетов, имевших обшивку или силовой каркас из дерева, продемонстрировала их уязвимое место — дерево под влиянием атмосферной влаги набухало, а потом могло начать гнить. В военное время это не было критично — самолет в бою живет недолго. Но в мирное время это важно.

В СССР проводились опыты по производству самолетов из нержавеющей стали. Предполагалось, что таким самолетам непогода нипочем. Были выпущены цельносварные самолеты из нержавеющей стали — Сталь-2 и Сталь-3. Однако эксплуатация их показала, что в них ржавеют места, где сталь сваривали. Надежда на то, что для таких самолетов ангар будет не нужен, не оправдалась.

Все знают о судьбе ТБ-3, пытавшихся в самом начале Великой Отечественной вылетать на бомбежку врага днем. Оборонительные ШКАСы его стрелков не могли защитить неповоротливые и медленно летавшие тяжелые машины от юрких и скоростных мессеров, вооруженных авиапушками.

Хотя когда их посылали на бомбежку ночью, это обычно выходило очень удачно. Малая скорость давала возможность точно положить бомбы. Максимально — до 5 тонн боевой нагрузки! К тому же огонь зенитной артиллерии был для них менее опасен, чем для небольших машин. Ну пробили крыло осколки зенитного снаряда, так что? Прилетит домой, механик залатает — и снова можно лететь на бомбежку.

Вторую мировую войну все западные державы встретили с цельнометаллическими монопланами. Такими были и истребители, и бомбардировщики. За некоторыми исключениями. Один бомбардировщик выбивается из общего ряда: Джеффри Де Хевиленд-младший придумал нечто очень оригинальное.

Легкий двухмоторный скоростной бомбардировщик. Цельнодеревянный «Москито». В 1940 году этот проект чуть не попал под сокращение — его только собирались выпускать, а стране были позарез нужны самолеты-истребители.

Но Де Хевиленд сумел уговорить руководство не урезать программу производства «Москито». В итоге получился легкий и малозаметный на радаре скоростной бомбардировщик. Единственная проблема во время войны, связанная с «Москито», была в том, что этих бомбардировщиков всегда не хватало.

В бою он уходил от истребителей немцев, имея преимущество в скорости. В начале 1941 года его скорость была 624 км/час, а максимальную свою скорость он развил с новыми моторами в 1943 году — 704 км/час. Как нож, он проходил через ПВО, перемещаясь слишком быстро, чтобы его данные могла обработать аппаратура ПВО. Угрожали ему только зенитки, если ставили на его пути огневую завесу.

Его использовали как одиночный ночной или дневной бомбардировщик: долететь, сбросить бомбу, улететь — и никто не сможет догнать.

Или как дальний тяжелый истребитель: защитить свои тяжелые бомбардировщики.
Или как самолет обеспечения ночных бомбардировок: пролетел перед бомбардировщиками, сбросил с большой высоты кипы фольги — и немецкие радиолокаторы оказались забиты помехами, не удалось навести на армаду бомбардировщиков ночные истребители или зенитки.

Как оказалось, деревянные самолеты — тоже мощное оружие.

Но лучше всего это доказали советские истребители Второй мировой.

Яки были типичными «русфанер». Як-1 имел смешанную конструкцию. Каркас фюзеляжа был сварен из стальных труб. Обшивка носовой части — из дюраля, хвостовая часть и крыло оклеены полотном. Гаргрот был сделан из фанеры. И ведь летал не хуже Ме-109! И скорость, и маневренность, и вооружение. Его продолжения — ЯК-7, ЯК-9 — имели силовой набор уже из дюраля, что позволило сделать большие баки для топлива, более чем удвоив дальность полета.

А Як-3 получил обтекаемые крылья меньшего размера. Вес машины уменьшился, что сделало ее более маневренной, а более мощный мотор дал ей большую скорость.

В начале войны воевал и ЛаГГ-3 (ЛАкированный Гарантированный Гроб, как грустно шутили летчики) — самолет был вообще цельнодеревянный. Силовой каркас был сделан из дельта-древесины (она и сегодня применяется в самолетостроении — для легкомоторных самолетов). Обшивка — фанерная. Однако двигатель, который ставили на этот самолет, понадобился конструктору Яковлеву на его Яки.

Лавочкину было предложено поставить на свой самолет двигатель воздушного охлаждения АШ-82. Их производили, но использовались они слабо. Лавочкин сумел сделать чудо: в условиях аппаратного противодействия его коллектив сумел в сжатые сроки сделать из ЛаГГ-3 самолет ЛаГГ-5, с другим двигателем. И самолет вышел очень удачный, хотя и не без недоработок. И вооружен он был двумя пушками ШВАК-20 — тяжелый истребитель получился хоть куда. А по мере совершенствования двигателя АШ-82 стали выходить более скоростные самолеты — Ла-5, Ла-5Ф, Ла-5ФН и, наконец, Ла-7.

У Ла-7 уже было 3 пушки ШВАК-20, скорость и маневренность, достаточные, чтобы крушить врага. И все равно это был цельнодеревянный самолет. Сразу после войны пошли в серию Ла-9 и Ла-11 — последние поршневые истребители, вытесненные новыми и более скоростными реактивными самолетами. Вот эти самолеты уже были цельнометаллическими. Дюралевый голод в СССР закончился.

Далее началось время самолетов из дюраля. Но скорости полета росли. По достижении скоростей полета 2 200 — 2 400 км/час было обнаружено, что обшивка нагревается до 200 градусов, дюраль при этом теряет прочность. Настал век титановых сплавов. Более дорогих, но сохраняющих прочность при скоростях, вдвое превышающих скорость звука, и больше.

В наше время пассажирские самолеты делают из алюминиевых сплавов, из сплавов титана и из композиционных материалов (композитов). Пока пассажирские самолеты летают на скоростях намного ниже теплового барьера, им вполне достаточно корпуса из алюминиевых сплавов и из легких композитов.

Посмотрим, что будет дальше, когда пассажирская авиация освоит сверхзвук. Или этого бояться не стоит? Ведь уже были и Конкорд, и Ту-144. Были, но оказались невыгодны экономически, проиграв своих пассажиров более медленным самолетам, перевозившим намного дешевле.

Что же ждет пассажирскую авиацию в ближайшем будущем? Гигантские авиалайнеры на 500−600 пассажиров? Сверхзвуковые (но дешевые) самолеты, сделанные по еще не придуманным технологиям? Или люди начнут летать на каких-нибудь личных геликоптерах от двери до двери?