Реферат на тему «Самолёт из фанеры»

Введение

Самолёт из фанеры сегодня кажется чем-то вроде школьной поделки, однако первые полвека истории авиации дерево и фанера были главными конструкционными материалами. Из сосны, ели и берёзы строили каркасы крыльев и фюзеляжей, фанерой обшивали носовые части и передние кромки, а остальное обтягивали полотном и пропитывали лаком. Даже в годы Второй мировой войны, когда авиация уже переходила на дюралюминий, на деревянных самолётах воевали тысячи лётчиков с обеих сторон фронта. Некоторые из этих машин, например лёгкий По-2 или английский «Москито», вошли в историю именно благодаря особенностям деревянной конструкции.

Выбор материала объяснялся не только бедностью или нехваткой металла. Хорошая древесина при малом весе отлично работает на изгиб, её легко обрабатывать простыми инструментами, а повреждённый деревянный самолёт можно починить в полевой мастерской, имея клей, рубанок и кусок фанеры. Фанера, склеенная из тонких слоёв шпона с перекрёстным направлением волокон, лишена главного недостатка цельного дерева, то есть склонности раскалываться вдоль волокон. Поэтому авиационная берёзовая фанера толщиной от одного до нескольких миллиметров стала особым материалом с собственными стандартами, в нашей стране это ГОСТ 102-75.

Интерес к деревянным самолётам не исчез и сейчас. Фанера и бальза остаются основным материалом в авиамоделировании, с которого начинают путь многие будущие инженеры, а энтузиасты по всему миру собирают из фанеры лёгкие самолёты-самоделки по готовым чертежам. Кроме того, история деревянного самолётостроения хорошо показывает, как инженеры приспосабливали конструкцию к доступным материалам и производственным возможностям страны. Самые известные самолёты, в конструкции которых фанера и дерево играли главную роль, перечислены в таблице 1.

Таблица 1 — Известные самолёты деревянной и смешанной конструкции

Цель реферата — рассказать, как и почему самолёты строили из фанеры и дерева, какими достоинствами и недостатками обладали такие машины и где фанера применяется в авиации сегодня. В первой главе речь идёт о самой фанере и о том, почему она подошла для авиации, во второй — о знаменитых деревянных самолётах, в третьей — о современных самодельных самолётах и моделях. Объект исследования — конструкционные материалы в авиастроении, предмет — применение фанеры и древесины в конструкции самолётов. Для работы использованы труды по истории отечественного самолётостроения, справочники по авиационным материалам и литература по авиамоделизму.

Глава 1. Фанера как авиационный материал

1.1. Что такое фанера и почему она подходит для самолёта

Фанерой называют листовой материал, склеенный из нескольких слоёв лущёного шпона, причём волокна в соседних слоях располагаются перпендикулярно друг другу. Число слоёв обычно нечётное, чтобы лист был симметричным и не коробился при изменении влажности. Благодаря перекрёстному расположению волокон фанера одинаково хорошо сопротивляется нагрузке вдоль и поперёк листа, не раскалывается при забивании гвоздей и сверлении, а при одинаковой толщине оказывается гораздо прочнее доски на излом в поперечном направлении. Для самолёта, где каждая деталь работает сразу в нескольких направлениях, это свойство оказалось очень ценным.

Для авиации используют прежде всего берёзовую фанеру. Берёза даёт плотный, однородный шпон без крупных сучков, хорошо держит клей и сохраняет прочность при небольшой толщине листа. Авиационная фанера отличается от строительной тонкостью шпона, качеством склейки и строгим отбором сырья: каждый лист проверяют на прочность образцов, а слои склеивают водостойкими смоляными клеями. Ранние самолёты собирали на казеиновом клее, который боялся сырости, и переход на синтетические смолы в 1930-е годы заметно продлил срок службы деревянных конструкций.

Шпон для фанеры получают лущением: распаренный берёзовый чурак вращают на станке, и широкий нож снимает с него непрерывную ленту толщиной в доли миллиметра, примерно как снимают кожуру с яблока по спирали. Ленту режут на листы, сушат, сортируют, наносят клей и собирают в пакет, который затем прессуют. Для авиационной фанеры шпон берут особенно тонкий, поэтому даже лист толщиной в миллиметр может состоять из трёх слоёв. Такая технология позволяла выпускать фанеру в больших количествах и с предсказуемыми свойствами, что для авиации было не менее важно, чем сама прочность.

Главный показатель для конструктора — удельная прочность, то есть отношение прочности к плотности. По этому показателю хорошая древесина вдоль волокон сопоставима с дюралюминием, а фанера, уступая ему в абсолютной прочности, весит намного меньше на единицу площади обшивки. Поэтому лёгкий самолёт с деревянным каркасом и фанерной обшивкой мог иметь сопоставимую с металлическим массу при меньшей стоимости и гораздо более простом производстве. Недостатки у дерева тоже есть: оно гниёт, впитывает влагу, разбухает, горит и требует бережного хранения под крышей.

Фанера позволила авиаконструкторам отказаться от громоздких ферм внутри фюзеляжа. Ещё в 1912 году французский гоночный самолёт «Депердюссен» получил фюзеляж-монокок, выклеенный из нескольких слоёв тонкого шпона на деревянной болванке, и установил мировой рекорд скорости, превысив 160 км/ч. В годы Первой мировой войны похожую конструкцию с фанерной обшивкой, несущей нагрузку, применили на немецких истребителях «Альбатрос». Гладкий обтекаемый корпус из фанеры давал меньшее сопротивление воздуха, чем обтянутая полотном ферма, и этот принцип позднее перешёл в металлическое самолётостроение.

1.2. От фанеры к дельта-древесине

В конце 1930-х годов в СССР стало ясно, что алюминия для массового выпуска истребителей не хватит, и конструкторы стали искать способ сделать древесину прочнее. Решением стала дельта-древесина, разработанная инженером Л. И. Рыжковым. Тонкий берёзовый шпон пропитывали смолой и прессовали под высоким давлением при нагреве, в результате получался материал плотнее и прочнее обычной фанеры, почти не горевший и мало впитывавший влагу. Из дельта-древесины изготавливали лонжероны и обшивку истребителя ЛаГГ-3, конструкцию которого создали С. А. Лавочкин, В. П. Горбунов и М. И. Гудков.

Деревянные и смешанные истребители выпускались в огромных количествах, и это стало важным фактором в годы войны. Мебельные фабрики и деревообрабатывающие заводы, далёкие от авиации, быстро осваивали производство крыльев, хвостового оперения и деталей фюзеляжа, а рабочих можно было обучить за несколько недель. Масштабы выпуска самых известных самолётов деревянной и смешанной конструкции показаны на рисунке 1.

Даже при большом разбросе оценок видно, что самым массовым деревянным самолётом остаётся По-2, который выпускали четверть века, с 1928 по начало 1950-х годов. Его конструкция была настолько простой и ремонтопригодной, что самолёт применяли как учебный, санитарный, сельскохозяйственный и даже как ночной бомбардировщик, на котором воевал знаменитый 46-й гвардейский женский авиаполк. Английский «Москито» получил прозвище «деревянное чудо»: благодаря лёгкому фюзеляжу из фанеры и бальзы он был одним из самых быстрых самолётов своего времени и долго уходил от истребителей противника без оборонительного вооружения.

Эпоха деревянных боевых самолётов закончилась вскоре после войны, когда реактивные двигатели и большие скорости потребовали металлической конструкции. Но фанера не исчезла из авиации совсем. Её используют в планерах, лёгких спортивных самолётах, самодельных конструкциях и, конечно, в моделях, о чём пойдёт речь в третьей главе. Вторая глава подробнее рассказывает об истории самых известных машин, перечисленных в таблице 1.