В результате выполненных испытаний в 3 лабораториях сплава Д16Т было показано:
- прессованные панели превосходят катаные плиты по статической прочности на 4 кг/мм2;
- прессованные панели превосходят катаные плиты по усталостной долговечности в 1.5 раза;
- скорость роста усталостной трещины в прессованных панелях ниже в 1,5 раза, а вязкость разрушения КС выше на 15%.
Далее предстояла огромная работа ВИЛС и ВСМОЗ по освоению длинномерных (30 м) панелей с законцовкой для концевой части крыла, крупногабаритных профилей для лонжеронов и массивных прессованных полос для центральной части крыла, технологии их изготовления, а также по литью крупногабаритных уникальных слитков, созданию и освоению оборудования. Следует отметить, что ВСМОЗ был крупнейшим металлургическим заводом. Он изготавливал все виды крупногабаритных прессованных и штампованных полуфабрикатов для большинства самолетов марки Ан, поэтому у нас были очень тесные и близкие связи. На заводе для выплавки алюминиевых сплавов применялись электрические печи(на других - газовые), что повышало чистоту металла. Также все титановые заготовки для самолетов, и полуфабрикаты для корпусов подводных атомных лодок изготавливались на этом заводе, не говоря уже о заготовках лопаток для реактивных двигателей и многом другом.
Требования к ресурсу со стороны Заказчика (военных) для стратегического военно-транспортного Ан-124 были очень легкие - это 16000 л. ч. и 4000 п., причем около 60-70% полетов тренировочные, то есть без полезной нагрузки. Тем не менее, руководство КМЗ решило, что негоже создавать такой уникальный самолет с таким маленьким ресурсом. И, в дальнейшем, жизнь подтвердила их предвидение.
В январе 1977 г. руководством КМЗ было принято решение о создании группы «Конструкционная прочность металлов», и меня назначили руководителем. У нас уже работал Е.А. Захаренко, и мне предстояло найти лучших ребят для этой работы. Мне удалось подобрать отличных (во всех смыслах) молодых специалистов: И.С. Воронцова, потом позже В. Кузнецова, которые занимались алюминиевыми сплавами, В.В. Гречко - титановые сплавы, и А.П. Ковтуна - конструкционные стали. Позже Е. А. предложила расширить исследования, и мы взяли А.И. Николайчика, который занимался остаточными напряжениями в штамповках и деталях из них. Эти специалисты проводили огромный объем исследований, анализ полученных результатов, анализ зарубежной литературы, обработку результатов и составление отчетов и др. Поскольку я значительную часть времени проводил в длительных командировках на металлургических и авиационных заводах (для решения производственных вопросов меня туда посылал первый зам. генерального конструктора и главный конструктор по самолету Ан-124 Балабуев), то группой фактически руководила Шахатуни.
Транспортный самолет Ан-124 «Руслан», 1985 год.
В отделе РИО-1 была организована огромная работа по изучению зарубежного опыта по различным направлениям. Выписывались отечественные и зарубежные научные журналы. Специально введенным в штат отдела переводчиком М.Н. Шнайдманом проводились поисковые работы по всему новому в области прочности, ресурса, материалов и сплавов. Все это переводилось, анализировалось и внедрялось. Например, во время войны во Вьетнаме потерпел катастрофу новейший F-111А. Результаты исследований выявили, что причиной явился незначительный производственный дефект, от которого преждевременно и появилась трещина. За рубежом начались работы в этом направлении, и мы тут не отставали. На многочисленных и обычных и конструктивных образцах проводились испытания и отрабатывались методики расчетов С.П. Малашенковым. Большинством работ по исследованиям на конструктивных образцах изд. 400 руководил Е.Т. Василевский.
Поскольку за длительное время работы с металлургами, изучения специальной литературы и зарубежных исследований я уже начал понимать некоторые закономерности в области создания сплавов и был хорошо знаком и со специалистами, и с руководителями институтов и металлургических заводов, то появилась идея создать сплавы конкретно для Ан-124, благо, какие были нужны характеристики - мне было известно. В ВИЛС была команда друзей-единомышленников с огромными знаниями и желанием делать эту работу - А.М. Дриц, В.Б. Зайковский, Г.И. Шнейдер и др.
Для нижних панелей (работают в полете на растяжение) крыла пассажирских и транспортных самолетов применялись среднепрочные (44-48 кг/мм2) сплавы, где основным легирующим элементом была медь: 2024, Д16 и их производные. Эти сплавы обладают высоким уровнем усталостной долговечности и живучести. Они имеют сравнительно невысокую коррозионную стойкость. Поскольку уровень напряжений в нижних панелях крыла определяется (за исключением концов крыла, где толщина настолько малая, что определяется конструктивно) только ресурсными характеристиками, то их значительное улучшение повышает весовую отдачу и ресурс. В случае применения прессованных панелей важно было также гарантированно получать нерекристаллизованную структуру. Этому способствует введение небольшого количества циркония в сплав. Для верхних панелей (работают в полете на сжатие) крыла применялись высокопрочные сплавы на цинковой основе. Эти сплавы также широко применялись для крыльев истребителей и бомбардировщиков. Поэтому все усилия были направлены на то, чтобы несколько повысить пределы прочности и текучести, и существенно - ресурсные характеристики.
Но у нас были и другие проблемы. Для изготовления длинномерных панелей и массивных прессованных полос, поковок и штамповок необходимо отливать крупногабаритные слитки диаметром до 1200 мм, и мы физически не могли идти на высокое легирование. Особенность транспортных самолетов - высокое расположение крыла, чтобы приблизить фюзеляж к земле и упростить загрузку грузов. В результате необходимо применять очень массивные силовые шпангоуты, а также кронштейны крепления шасси, силовые низинки в районе крепления передних стоек и порога заднего грузолюка. В самолетах с нижним расположением крыла такие массивные полуфабрикаты и детали из них не нужны.
Также, в это время стало общеизвестно, что примеси железа и кремния, которые присутствуют во всех этих сплавах, существенно понижают живучесть. Поэтому содержание их в сплавах надо было максимально снижать. Разработка новых сплавов - дело не одного года, т.к. надо провести большой комплекс исследований и отработок сначала в лабораториях институтов, а затем в производстве и ОКБ.
Мы только начали проводить эти работы, а уже нужно было определяться, а что же применять для проектирования и изготовления Ан-124? На основании полученных знаний были приняты следующие решения: нижние панели крыла - прессованные панели сплава из сплава Д16 очТ (оч - очень чистый); верхние панели крыла - прессованные панели из сплава В95очТ2; поковки и штамповки из сплава Д16очТ. Также широко применили в конструкции планера листы и профили из алюминиевых сплавов повышенной чистоты (пч). В ответственных силовых конструкциях планера и шасси применены детали из титанового сплава ВТ22 и высоколегированной стали ВНС5. Листовой настил пола грузовой кабины выполнен из листов титанового сплава ВТ6. Также титановые сплавы широко применены в самолетных системах, в частности, воздушных.
Мы применили крупногабаритные длинномерные (30 м) прессованные панели с законцовкой и профили для лонжеронов. Большая длина выбрана из-за того, чтобы не делать дополнительный поперечный стык, т.к. это масса и трудоемкость. В Верхней Салде, где изготавливали эти полуфабрикаты, не было оборудования для их закалки и растяжки. Такое оборудование было в Белой Калитве, т.к. там планировали развернуть производство длинномерных катаных плит. Но прокатный стан, закупленный за рубежом, стоял и ржавел в ящиках. Для доставки этих панелей сначала в Белую Калитву, а затем в Ташкент, где изготовляли крыло, сделали специальную железнодорожную платформу. И вот меня вызывает главный контролер КМЗ В.Н. Панин и говорит, что надо поехать на металлургический завод в Белую Калитву посмотреть, как там идут дела. Мы втроем, включая начальника производства О.Г. Котляра, поехали туда. Там уже находилась первая партия панелей. А цех только что построили, и заводчане не знали с какой стороны к этим панелям подходить. Начальство прокатилось и уехало в Киев, а меня оставили в заложниках. Если в Верней Салде панели при закаливании опускались вертикально, то тут горизонтально, т.к. невозможно построить ванну глубиной 31 м и мгновенно опустить туда панель. При опускании панели, нагретой до температуры примерно 380°, в холодную воду температурой 20°, ее скрючивало страшным образом. Мы потратили месяц, пока не обеспечили приемлемую геометрию. Потом опять-таки экспериментальным путем определяли требуемую растяжку полуфабрикатов с целью снятия остаточных напряжений и получения необходимой геометрии. Сложности были из-за различной толщины регулярного сечения и законцовки и различной степени деформации.
Позже мне в помощь прислали ведущего конструктора из отдела крыла Козаченко А.В. Вдвоем стало веселее не только работать, но и выживать, т. к. мы работали по 16 час. в сутки, т.к. сроки поджимали. Перешли к следующей стадии - проверке на наличие дефектов, выявляемых методами ультразвукового контроля. Число таких дефектов (расслоений) внутри металла достигало 3000-5000 шт. И они не располагались равномерно, а какими-то пятнами. И так вся первая партия панелей. Поехали в Киев докладывать начальству. После того, как я доложил П.В., он собрал совещание у генконструктора. Кроме перечисленных, были главный технолог И.В. Павлов, начальник подразделения конструкции планера В.З. Брагилевский, начальник отдела крыла Г.П. Гиндин, мы с Козаченко и еще наск. человек. Я кратко доложил о проблемах. После чего О.К. поставил вопрос - что делать и какие будут предложения? П.В., который как главный конструктор по самолету Ан-124 отвечал за сроки, предложил разрезать панели и сделать дополнительный поперечный стык. Брагилевский долго говорил, но что он предлагал я так и не понял. Когда мне дали слово, то я сказал, что мы постараемся и сделаем длинномерные панели. После чего О.К. взял всю ответственность на себя и принял решение продолжить работу по обеспечению качественных длинномерных панелей. Фактически качество по дефектам обеспечивали в Верхней Салде, а не Белой Калитве.
Поехали мы сразу после совещания в Белую Калитву. Там было огромное совещание представителей институтов, руководителей из Ташкента, которых тоже поджимали сроки (они изготавливали центральную и концевые части крыла), также прилетел П.В. После совещания, перед отлетом, Балабуев отвел меня в сторону и сказал - «Что хочешь делай, но обеспечь панелями первый самолет!». Мы уже ориентировались не только в количестве дефектов, но и в том, как они располагаются в конструкции детали, т.к. значительное количество металла в процессе фрезерования удаляется. В сложных ситуациях созванивались с конструкторами в Киеве и они анализировали расположение дефектов и их влияние на прочность. На протяжении нескольких месяцев, с октября 1978 по апрель 1979, мы обеспечили необходимое
Анатолий Вовнянко. 35 лет работал на КМЗ (ОКБ О.К. Антонова) и АНТК им. О.К. Антонова. Участвовал в создании самолетов Ан-72, Ан-74, Ан-124, Ан-70, Ан-225, Ан-218, их модификаций и авиационно-космических систем. Статья будет интересна как специалистам авиастроительной отрасли, так и тем, кто...
naukatehnika.com