В конце 80-х годов я был в США по приглашению фирмы Алькоа — Алюминиевой компании Америки — крупнейшего производителя алюминия в мире. Предстоял полет из Нью-Йорка из аэропорта Ла Гардиа в Питтсбург, где находятся штаб квартира, лаборатории и опытное производство фирмы. Знакомые в Нью-Йорке предупредили, что выезжать в аэропорт надо с большим запасом времени на дорогу — будут пробки. И действительно — пробки, причем длиной в километр и больше на всем пути; плюс задержки у каждого моста или нового участка дороги, где взимается плата за проезд. Однако, несмотря на плату, дороги разбитые и вообще в плачевном состоянии. Бюджет города Нью-Йорка в постоянном дефиците, и денег на ремонт не хватает. Хотя во всех других городах США и между городами дороги отличные.
Наконец мы в Ла Гардиа. Самолет выруливает на боковую дорожку, ведущую к взлетно-посадочной полосе (ВПП). Я сижу у окна. Ясное небо, прекрасная видимость. Тут тоже очередь: на боковой дорожке перед нами восемь самолетов. Небо загружено до отказа. Вот один самолет начинает разбег. Он в конце ВПП, а в небе уже видна быстро увеличивающаяся точка — снижающийся и приземляющийся самолет. Он тормозит и переходит на соответствующую боковую дорожку, а на ВПП уже начинает разбег самолет, идущий на взлет. И так непрерывно: взлет — посадка, посадка — взлет. С промежутком между взлетом и посадкой в несколько минут. Чтобы разгрузить небо, выход один — использовать большие самолеты.
Первой это поняла американская фирма Боинг, которая выпустила в эксплуатацию в 1969 г. огромный самолет В747, созданный за короткий срок, порядка семи лет. Этот самолет с различными усовершенствованиями производится и в настоящее время. Две другие американские фирмы принялись догонять Боинг. В 1971 г. начали эксплуатировать самолет L1001 Тристар (Три Звезды) фирмы Локхид и DC10 фирмы МакДоннелл Дуглас. Несколько позднее в СССР появились машины-аэробусы Ил-86 и Ил-96-300. Все эти самолеты называются аэробусами, воздушными автобусами и широкофюзеляжными; диаметр фюзеляжа обычно 6 метров, в ряду 10 и более пассажиров, вместимость 300–400 человек.
Самолеты эти дорогие. Чтобы оправдать их стоимость, ресурс полетов у них резко увеличивается: вместо прежних 15–20 тыс. часов — 60. В году примерно 8 тыс. часов, т.е. это более семи лет общего времени полета. Испытания проводятся до 100 тыс. часов. Если эти самолеты рассчитывать и проектировать по-старому, таким образом, чтобы за весь период эксплуатации надежно гарантировать конструкцию от появления трещин, то они будут очень тяжелыми, и возить пассажиров они не смогут. Выход один: приходится допустить в эксплуатации возникновение трещин, но при этом они не должны быть опасными. В этом и состоит концепция безопасной повреждаемости, на ее основе проектируются все современные самолеты. Получается логическая цепочка:
— небо загружено, нужны большие широкофюзеляжные аэробусы на 300–400 и более пассажиров;
— эти самолеты стоят дорого, чтобы оправдать затраты, ресурс увеличивается до 60 тыс. летных часов;
— при этом ресурсе, если проектировать по-старому, не допуская трещин в эксплуатации, самолет становится таким тяжелым, что, кроме себя, никакого дополнительного груза — пассажиров, багажа — он поднять не может;
— трещины приходится допускать, но трещины ни в коем случае не должны приводить к разрушению конструкции;
— разрабатывается комплекс условий, обеспечивающих безопасность полета самолета при наличии трещин.
Итак, должна быть безопасно повреждаемая конструкция. Но в этой ситуации от авиационных сплавов и материалов потребовались новые свойства. Нужна высокая вязкость разрушения — материал не должен хрупко разрушаться при перегрузках, например при болтанке в воздухе, при взлете и посадке. Но при этом допускается появление трещин усталости. Однако если трещина возникла, она должна расти очень медленно. Реально у хороших сплавов возникшая трещина усталости за 1000 циклов нагружений продвигается на 1–2 мм. Естественно, что сплавы должны иметь необходимую высокую прочность и пластичность, хорошую коррозионную стойкость. Они также должны иметь высокое сопротивление усталостным нагрузкам. Есть еще один нюанс: в южных широтах, например в Ташкенте, в летнее время днем металл нагревается до 80°С, за 10 лет эксплуатации накапливается достаточно большое число таких нагревов, поэтому все характеристики сплавов проверяют после нагрева образцов в печи при 85°С в течение 1000 и 4000 часов. Сплав может быть применен в самолетах только в том случае, если после такого нагрева его свойства сохраняются на необходимом уровне.
Конструкция должна допускать осмотр всех опасных мест для своевременного обнаружения трещин. Там, где осмотр невозможен, сечения должны быть увеличены, напряжения снижены, вероятность появления трещин исключена. Но таких мест должно быть очень немного. Вместе с тем крайне актуальной является проблема снижения веса самолета, увеличения полетной нагрузки, чтобы сделать его более рентабельным. Всем предъявляемым требованиям к материалам для безопасно повреждаемых конструкций полностью удовлетворяют разработанные нами сплавы повышенной чистоты, свободные от примесей железа и кремния со смягчающим режимом старения Т2 и высокопрочный ковочный сплав 1933 Т2 и ТЗ, особо прочный сплав В96цЗ, алюминиево-литиевые сплавы 1441 и 1464.
