Член-корреспондент Академии наук СССР А. ТУМАНОВ, директор Всесоюзного института авиационных материалов и доктор технических наук, генеральный конструктор А. ТУПОЛЕВ.
Вначале нашего века самолеты строились из дерева, крылья и фюзеляж обшивали полотном, пропитанным лаком. Из древесины - дешевого, доступного, легкого (удельный вес - 0,4 - 0,6), достаточно прочного и долговечного (при хорошем уходе) материала - несложно было конструировать детали, довольно просто обрабатывать их, и соединять между собой. Для производства деревянных самолетов не требовалось сложного и дорогостоящего оборудования.
Авиация стала бурно развиваться перед первой мировой войной и особенно в годы войны. Конструкторы довольно часто меняли и модернизировали свои модели самолетов. Мощности моторов выросли с 50 - 60 л. с. до 300 - 400 л. с.
Жизнь самолета на войне была коротка. Поэтому, несмотря на ряд существенных недостатков, древесина устраивала и конструкторов, и армию, для которой делались самолеты. Но, когда кончилась мировая война, а за ней и гражданская, перед конструкторами во весь рост стала проблема долговечности самолетов.
Советская Россия, по существу, не имела своего воздушного флота. М. В. Фрунзе писал «нельзя серьезно считать флотом те несколько сотен аппаратов, которые среди наших летчиков известны под названием «гробов». Надо было решать, какими же путями создавать отечественную авиацию.
Работая в расчетно-испытательном бюро при МВТУ, а затем в авиационном отделе ЦАГИ, Андрей Николаевич Туполев и другие ученики Н. Е. Жуковского занимались разбором катастроф, происходивших в результате разрушения самолетов в воздухе. Они пришли к выводу, что в этом весьма часто повинен материал, из которого тогда делались самолеты. Действительно, у древесины наряду с несомненными достоинствами есть такие особенности, которые отрицательно сказываются на работоспособности конструкции. Это прежде всего неравномерная прочность (она не только разная в зависимости от направления, но, и меняется в изделии от места к месту), чувствительность к колебаниям температуры, значительное снижение прочности при увеличении влажности, подверженность гниению.
Молодые тогда ученые - конструктор А. Н. Туполев, металловед И. И. Сидорин и их соратники - со всей убежденностью заявляли, что строить самолеты надо не из древесины, а из металла. Сторонники деревянного самолета возражали и приводили, казалось бы, весьма веские доводы. Они говорили - «Металла в России нет, а леса - море! У нас нет не только прочного алюминиевого сплава - дуралюмина, у нас нет даже простого алюминия. Если ориентироваться на дуралюмин, Россия останется без воздушного флота»
На острые нападки Андрей Николаевич отвечал так же остро «Да, мы желаем строить самолеты из несуществующего материала, потому, что будущее за цельнометаллическим монопланом. Нет алюминия, так надо налаживать его производство. Нет •дуралюмина, так надо его создать»
Споры были горячие. Противники металлического самолетостроения для большей убедительности ссылались на продолжающееся широкое использование древесины зарубежными фирмами. Действительно, в начале двадцатых годов только немецкая фирма «Юнкерс» имела некоторый опыт строительства цельнометаллических самолетов и цеппелинов из алюминиевого сплава - дуралюмина. В двадцатые годы алюминиевые сплавы повышенной прочности выпускались на металлургических заводах Дюрена, по имени которого они и стали называться дюралюминами. Со временем в этом слове произошли любопытные изменения вместо добавления «дюр», указывающего на происхождение сплава, как-то само собой закрепилось добавление «дур» (от латинского dtirus), что означает «твердый». Отсюда более принятое сейчас название группы сплавов на основе алюминия (с добавками 3 - 5% меди, 0,4 - 1,8% магния, и 0,3 - 1,0% марганца) дуралюмин.
После Октябрьской революции партия и правительство принимают энергичные меры по созданию отечественной авиационной промышленности и металлургии авиационных сплавов. Организованное в 1918 году Главное управление рабоче-крестьянского военно-воздушного флота объединило все разрозненные заводы и мастерские по постройке, и ремонту самолетов в единую авиационную отрасль. Член коллегии Главного управления М. П. Строев вспоминает о приеме его В. И. Лениным в январе 1918 года. Он доложил Владимиру Ильичу о том, что многие консультанты из старых специалистов настаивают на том, что авиация - это слишком «дорогая игрушка», что ее создание не по плечу разоренному и лишенному технической помощи извне государству. Владимир Ильич, пишет М. П. Строев, с присущей ему энергией обрушился на тех, кто пытался сеять убеждения, что нам не нужна авиация. Он горячо и уверенно сказал, что Россия социалистическая должна иметь свой воздушный флот, что надо использовать авиацию и в народном хозяйстве.
В создании металлургии легких сплавов правительство определило два пути. Первый, основной, - самостоятельное развитие новой отрасли промышленности; второй, дополнительный - использование иностранной помощи. С немецкой фирмой «Юнкере» был заключен договор. Но она не выполнила своих обязательств по организации производства алюминиевых сплавов и Советское правительство вскоре расторгло договор.
Начальник отливного (литейного) цеха, а позднее главный металлург Кольчугинского меднообрабатывающего завода Владимир Александрович Буталов обратился в правление Госпромцветмета с настойчивой просьбой поручить освоение отечественного дуралюмина коллективу Кольчугинского завода.
Кольчугинский завод, как и другие заводы России, не имел опыта работы с алюминиевыми сплавами, особенно со сплавами типа дуралюмин. Не было никаких сведений, и о технологии их производства на иностранных заводах. Вместе с Буталовым в создании отечественного дуралюмина участвовали заведующий прокатным цехом Ю. Г. Музалевский, заведующий металлографической лабораторией Д. И. Сучков и заведующий проволочным цехом И. С. Бабаджан. Энтузиасты встретили самую горячую поддержку со стороны директора завода, бывшего рабочего завода И. С. Красненкова.
В апреле 1922 года в лаборатории были отлиты небольшие слитки, в июне провели их опытную прокатку, в августе получили опытные слитки в цеховых условиях, в сентябре - первую промышленную партию, а в октябре - первые полуфабрикаты листы и гнутые профили. Сплав, освоенный на Кольчугинском заводе, назвали кольчугалюминием. Образцы от первых партий немедленно отправлялись в МВТУ, где проводились их испытания под руководством профессора И. И. Сидорина, сыгравшего выдающуюся роль в освоении нового сплава.
' Сопоставив свойства дуралюмина с трофейного, захваченного в годы гражданской войны аэроплана «юнкере» (постройки 1918 года), и кольчугалюминия, Сидорин сделал следующее заключение «Выполненное мною исследование кольчугалюминия, как материала для металлического самолетостроения показало, что по механическим и физическим качествам кольчугалюминий весьма близок к дуралюминию и может быть признан вполне пригодным для постройки металлических самолетов, глиссеров, дирижаблей и прочих аппаратов»
Появление кольчугалюминия позволило Андрею Николаевичу Туполеву сформировать из энтузиастов в составе ЦАГИ конструкторское бюро по металлическому самолетостроению; в нем было 15 инженеров, техников, чертежников и столько же рабочих.
«День рождения кольчугалюминия стал днем рождения нашего конструкторского бюро и опытного завода», - отмечал Андрей Николаевич.
Пока производство сплава не было технически, как следует налажено, кольчугалюминий решили использовать для постройки аэросаней. Это была переходная ступень к цельнометаллическим самолетам. Предстояло изучить поведение кольчугалюминиевой конструкции.
Аэросанный пробег Москва - Нижний Новгород - Москва прошел успешно. И вскоре в Москве, на улице Радио, в том помещении, где сейчас находится музей Н. Е. Жуковского, конструкторское бюро по металлическому самолетостроению приступило к постройке трехместного пассажирского моноплана АНТ-2 (с мотором «Бристоль-Люцифер», 100 л. с., с толстым двух-лонжеронным крылом).
«АНТ-2 стал нашей испытательной базой, - писал Андрей Николаевич. - Мы на нем проводили все виды статических испытаний, тщательно проверяли сочленение основных узлов, выбирая наилучшие варианты, разрабатывали методы расчетов и проверяли их на опыте. Нам нельзя было ошибаться. Надо было все делать наверняка. В недрах АНТ-2 мы параллельно подготавливали почву для большого прыжка - проектирования крупных боевых машин»
Приближалась дата созыва XIII съезда Коммунистической партии. Коллектив ЦАГИ, как и коллективы многих производственных предприятий, форсировал свои работы. Самолет АНТ-2 был подготовлен к первому полету. Его создатели хотели сделать подарок съезду. 26 мая долгожданный полет совершился. А 1 июня 1924 года на Центральном аэродроме в Москве состоялся воздушный парад и торжественная передача XIII съезду партии эскадрильи «Ленин». Она состояла из 19 разведчиков Р-1, построенных на наших заводах по иностранной лицензии, купленной на средства Общества друзей воздушного флота, но правофланговым в парадном строю был АНТ-2 - гордость молодого советского самолетостроения.
Газета «Правда» писала тогда «победа над дуралюминием не была бы полна, если бы она не завершилась серийным выпуском кольчугалюминиевых самолетов собственной советской конструкции», «большая работа, в результате которой является возможность спокойно и уверенно сказать - да, мы можем и будем строить советские металлические самолеты, эта работа проделана.»
Небольшой коллектив конструкторского бюро ЦАГИ, руководимый А. Н. Туполевым, стремясь внести свой вклад в дело укрепления обороноспособности страны, идет на смелый шаг - берет обязательство начать разработку первого цельнометаллического боевого самолета-разведчика, позднее названного Р-3 (АНТ-3).
На самолете АНТ-3 (первая серийная цельнометаллическая машина) под названием «Пролетарий» летчик-испытатель М. Громов с бортмехаником Е. Радзевичем с 30 августа по 2 сентября 1926 года совершили круговой перелет Москва - Париж - Вена - Прага - Варшава - Москва; 7 150 км они пролетели за 34 часа 15 минут.
Цельнометаллическая конструкция открывала широкую дорогу самолетам с более совершенными формами - самолетам-монопланам, тяжелым транспортным, пассажирским и военным машинам. На этом генеральном направлении развития авиации советские конструкторские коллективы завоевывали все новые и новые рубежи. Появилось семейство «Ту», «Илов», «Яков», «Мигов»
По мере развития авиации постоянно росли требования к алюминиевым сплавам. Основатель московской школы металловедов профессор А. М. Бочвар подготовил целую плеяду крупных ученых, впоследствии создавших новые алюминиевые сплавы, передовую технологию их производства.
В 30 - 40-х годах состав дуралюмина был существенно улучшен в результате работ, проведенных во Всесоюзном институте авиационных материалов (ВИАМ) (Г. В. Акимовым, В. О. Кренигом, Д. А. Петровым и др.) и на металлургическом заводе (С. М. Вороновым и Ю. Г. Музалевским). В итоге этих работ родился сплав (в нем содержание магния было повышено с 0,5 до 1,5%), получивший марку Д16. Он и поныне остается важнейшим сплавом для самолетов. Большие работы по освоению сплава Д16 выполнили А. Ф. Белов, Н. Д. Бобовников, В. А. Ливанов. В годы Великой Отечественной войны С. М. Воронов разработал оригинальный ковочный сплав АК6, который и сегодня широко применяется в самолетостроении.
В послевоенный период разработка алюминиевых сплавов сосредоточилась в ВИАМе, где под руководством профессора И. Н. Фридляндера с участием Московского авиационного технологического института и ряда металлургических заводов страны была создана группа высокопрочных алюминиевых сплавов - В95, В93, В96.
Большую роль в развитии нашего самолетостроения сыграло оснащение заводов авиационной металлургии самым современным оборудованием для производства поковок, листов, профилей.
В начале шестидесятых годов в Советском Союзе были построены самые крупные в мире вертикальные гидравлические прессы мощностью 70 000 тонн (см. «Наука и жизнь» № 10, 1968 г.). Это позволило генеральному конструктору О. К. Антонову применить в огромном транспортном самолете Ан-22 («Антей») самые крупные в мире штамповки из высокопрочного сплава В93 и благодаря этому снизить вес конструкции. Аналогичный пресс мощностью 60 000 тонн СССР, согласно договоренности, поставит металлургам Франции.
Когда самолеты превзошли скорость звука и особенно, когда появилась задача создания сверхзвукового пассажирского самолета, авиационные алюминиевые сплавы вновь оказались в центре внимания.
При большой скорости полета самолетов конструкция подвергается аэродинамическому нагреву в результате трения обшивки о воздух. При скорости 2 300 - 2 500 километров в час температура металла достигает 125 - 135 градусов. Могут ли алюминиевые сплавы работать при таких температурах, особенно если учесть длительность эксплуатации конструкции, исчисляемую десятками тысяч часов? И какая скорость н, следовательно, температура наиболее приемлемы?
Назывались скорости полета от 2 300 до 2 800 километров в час. Разница, как будто небольшая, но тем не менее принципиальная. Исследования показали, что алюминиевые сплавы могут успешно работать при скорости 2 300 - 2 500 километров в час. При скорости 2 700 - 2 800 километров в час надо переходить на сталь и титан. Это заманчиво тем, что позволяет и дальше наращивать скорости полета, но в огромной степени увеличивает дороговизну машин.
А. Н. Туполев, который в молодые годы вел борьбу за алюминиевые сплавы против древесины, до последних дней своей жизни был в числе самых горячих сторонников применения алюминиевых сплавов в самолетостроении. Правда, классический дуралюмин оказался уже неподходящим материалом для сверхзвукового пассажирского самолета Ту-144. Поэтому его создателями был выбран алюминиевый сплав несколько иного состава и предварительно обработанный - состаренный при высоких температурах. Этому сплаву не страшны аэродинамические нагревы, он надежно выдерживает весь положенный срок службы.
Накопленный опыт строительства и эксплуатации самолетов полностью подтвердил, что в пределах XX века дозвуковые и сверхзвуковые пассажирские самолеты будут строиться преимущественно из алюминиевых сплавов и иметь скорость не выше 2 500 километров в час. Это экономичные и надежные машины, позволяющие сокращать пространство и время. Так, например, Ту-144 может покрыть расстояние между Москвой и Ташкентом примерно за 1,5 часа летного времени.
В 1971 году, приветствуя коллектив Кольчугинского завода по обработке цветных металлов имени Орджоникидзе, академик А. Н. Туполев писал «На заре развития советской авиации ваш коллектив оказал нам, авиаконструкторам, неоценимое содействие, заложив основы производства советского дуралюмина, который многие годы заслуженно назывался кольчугалюминием. Коллектив вашего завода не побоялся новаторства, взял на свои плечи весьма тяжелую миссию и общими усилиями с авиаконструкторами сражение за «крылатый металл» было выиграно. Кольчугалюминий сразу поставил нас в ряд с развитыми странами по части легкого конструкционного металла»
Советское самолетостроение за 50 лет, отделяющих нас от той поры, когда был получен первый слиток кольчугалюминия, прошло огромный путь от первого цельнометаллического самолета АНТ-2 до первого в мире сверхзвукового пассажирского самолета Ту-144. И весь этот трудный, но плодотворный путь развития советской авиации неразрывно связан с успехами нашей науки, нашей промышленности в создании и производстве алюминиевых сплавов.
Битва за дальнейшее совершенствование «крылатого металла», за создание все более надежных авиа конструкций продолжается с неослабевающей силой и сегодня.
