- А дальше - надо строить вытяжную машину и вить нитку.
Пошли к механикам. Механики не обрадовали - вытяжка со скоростями в тысячу метров в минуту, которая требуется для вытяжки нити нормальной толщины, никак не стыковалась с одновременным свиванием нити - там же должна вращаться довольно тяжелая бобина, ее просто не отбалансируешь с нужной точностью, и она разнесет всю установку.
Дело сдвинулось, когда кто-то произнес:
- А может делать ровницу, ее наматывать на бобину, а уже из этой ровницы - плести нить на отдельной машине ?
Действительно, такой разнесенный процесс изготовления нити снимал высокие требования к механизмам - сматывать ровницу с бобины можно было уже с той скоростью, которая доступна для свивания. Только в процессе разработки механизма они пришли к конструкции, которая делала не ровницу - плоскую ленту из параллельных волокон, как при обработке растительных волокон, а пучок, отличающийся от нити только тем, что его волокна были не перевиты. Чтобы этот пучок не разъехался на бобине, его промазывали парафиновой эмульсией - он слеплял волокна и они сохраняли подобие группы, которую можно было обрабатывать на текстильных станках. Поэтому в начале августа первые бобины отдали текстильщикам, чтобы те совместно с механиками доработали станки льнообрабатывающей фабрики под работу со стеклонитью, ну или сделали новые - им было без разницы. А работа стекольщиков на этом далеко не закончилась. Пока у них получались нити хорошо если двадцать-тридцать метров - постоянные обрывы волокон при вытяжке не позволяли делать пучки длиннее. И нас это категорически не устраивало - слишком много трудов уйдет на сращивание этих огрызков в более-менее длинные нити. Конечно, "текстильщики", а потом и "авиастроители" по-началу, чтобы хотя бы немного освоиться с новым материалом, работали и с такими ошметками, но и стекольщики уже пошли на принцип, работая над проблемой обрыва по пятнадцать-семнадцать часов в сутки почти весь август. К этому времени у них уже образовалось несколько бригад по пять-семь человек - опытный мастер брал под крыло учеников разного возраста, и каждая компашка ставила опыты, играясь с параметрами вытягивания - сортом стекла, температурой, скоростью вытяжки. А потом проходили совместные обсуждения, где все делились результатами и наблюдениями и составляли план дальнейших исследований.
Там все было непросто. Только с подключением физика дело двинулось дальше. Наши аппараты для вытягивания волокон представляли собой керамическую емкость, на дне которой была вставлена пластина с набором фильер - коротких тонких трубочек внутренним диаметром один, два или три миллиметра. Расплавленная стекломасса вытекала через эти фильеры, на каждой образовывалась капля, которые надо подхватить стеклянной палочкой - просто провести ею по стеклянной паутине, направить пучок образующихся волокон на вытягивающий ролик диаметром десять сантиметров, капли обрезать и запустить вытягивание - уже в канавке этого ролика волокна собирались в пучок, промазывались парафиновой эмульсией и этот пучок наматывался на бобину. При обрыве одного из волокон надо было останавлвать вытягивание, снова собирать волокна в пучок и опять запускать процесс, уже на другой бобине - иначе потом не найти концов.
Ну, с одной из причин обрывов - неоднородностью стекломассы - стекольщики разобрались самостоятельно - они стали готовить в одной емкости меньшие объемы стекла и варить его при более высокой температуре - так гарантированно переплавлялись все компоненты шихты, а конвекционные процессы отлично перемешивали стекломассу, чья вязкость под действием высокой температуры резко падала.
С вытягиванием все было не так однозначно. Как нам объяснил физик, свободная струя сохраняет непрерывность при определенном соотношении вязкости и поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение старается разбить струю на отдельные нити, которые затем превращаются в капли. То есть чем выше вязкость - тем больше должны быть силы поверхностного натяжения, чтобы разорвать струю на капли. Соответственно, чем выше вязкость, тем лучше струя вытягивается в нить. А мы-то думали наоборот ... И нагревали до 1400..1500 градусов - естественно, стекломасса становилась слишком жидкой, и нить постоянно рвалась. Тогда мы попробовали уменьшать температуру. Вязкость соответственно росла, но - о чудо ! - нить становилась все стабильнее. Правда, до определенного момента - начиная с некоторой температуры в ней начали проскакивать утолщения - возросшая вязкость не позволяла вытянуться части стекла в волокно и оно выползало с утолщением, которое делало нить сильно неоднородной или вообще рвало своим весом волокно выше себя. Остановились на 1200..1250 градусах - платиновые фильеры при таких температурах могли работать долго, а вытягиваемость нас устраивала - можно было бы опустить температуру и пониже, градусов до тысячи, там вязкость была раза в четыре выше чем при 1200, соответственно вытягиваемость также была еще выше, но там возникали другие проблемы - помимо проскоков утолщений, в нити при такой высокой вязкости оставались внутренние напряжения, которые потом могли сломать волокно, плюс - такие температуры были близки к температурам образования кристаллов в стекле - оно не всегда успевало застыть достаточно быстро, чтобы проскочить тедиапазон температур образования кристаллов без того, чтобы они начали образовываться, и в нем появлялись эти самые кристаллы, по которым ломалось волокно или прерывалась струя.
С разнотолщинностью боролись долго. Сначала толщина гуляла почти на тридцать процентов, часто приводя к обрывам - на переходах между разными толщинами возникали внутренние напряжения, которые и ломали волокно. Потом, когда приноровились сохранять постоянство температурных параметров на выходе из фильер и варить однородное стекло, и обрывы, и разнотолщиность уменьшились - до 3-5 обрывов на килограмм и на 15% по толщине соответственно.
Вообще - фильеры располагались сначала два ряда - по двадцать штук, всего - сорок волокон в нити. Это позволяло сохранять однообразие условий охлаждения для фильер, и соответственно снижало трудоемкость поддержки техпроцесса. Но потом попробовали ставить два таких набора на один сосуд. Поначалу дело не шло - внутренние ряды обоих наборов нагревались сильнее, нарушалось единообразе температурных режимов и повышалось количество обрывов - или на внутренних, или же на наружных рядах, если понижали температуру фильер. Потом подумали и поставили междурядный охладитель - медные пластины, между которыми протекала проточная вода. Во внутренних рядах стали проскакивать утолщения - явно ускоренное охлаждение подфильерной стекломассы слишком быстро повышало ее вязкость и волокно не успевало вытянуться. Тогда увеличили подогрев стекломассы в самом сосуде, но люди были уже опытные, съели не одну собаку, поэтому соответствующим образом стали охлаждать и внешние фильеры, хотя и меньше, чем внутренние, но так, чтобы результирующая температура была одинакова. И тут всех ждал сюрприз. Повышенная температура в сосуде уменьшала вязкость, стекло вытекало интенсивнее, а ускоренное охлаждение в районе фильер резко повышало вязкость внешнего слоя подфильерной массы, что приводило к меньшим напряжениям в вытягиваемом волокне и соответственно уменьшало и обрывность. Вот так, одним махом, получили увеличение производительности с одного сосуда - и за счет увеличения количества фильер, и за счет увеличения прохождения стекла через каждую фильеру, и за счет уменьшения количества обрывов. Добавление еще двух стафильерных пластин с охладителями надолго сняло проблемы повышения производительности. Естественно, добавилось и количество регулировочных параметров - приходилось следить за подфильерной температурой и регулировать ее изменением подачи охлаждающего воздуха и воды. Но - двести килограммов нити в сутки с одного аппарата - ради этого стоило трудиться.
Еще более равномерным волокно пошло, когда стали следить за постоянством и в пространстве над фильерами. Стекло вытекает в фильеры под давлением, которое оказывает стекломасса в емкости. И тут выявилась очередная проблема - с понижением уровня стекломассы она все меньше и меньше давит на нижние слои, соответственно падает скорость истекания стекла через фильеры. Пришлось перейти к непрерывной подпитке, когда стекломасса постояно подливалась в горшки малыми дозами, чтобы не вызвать резких скачков уровня стекла и соответственно давления на нижние слои. Так что теперь надо было термостабилизировать как фильерную, так и пополняющие емкости. Но это снизило обрывность еще где-то на 0,6 на один килограмм стекломассы.
Обрывам способствует и термическая неоднородность стекломассы. От нее избавиись просто - обложили горшок с расплавом изоляцией из стекловаты, и за время, пока горшок протекал через фильеры, температура оставалась более-менее постоянной. К тому же, одинаковая температура рабочей и пополняющей стекломасс обеспечила равномерность температурного поля - отсутствие скачков температуры не создавало переходов во внутренней структуре стекла. Как уж они справились с еще одной напастью - затеканием стекломассы снаружи вверх по фильерам - я не интересовался - затребовал отработанную на тот момент технологию получения ста килограммов стекловолокна в сутки и побежал - "А! И фильтры ! С вас фильтры из стекловаты для техники !!!" - решать другие проблемы.
-- ГЛАВА 20
А другими проблемами были наши доморощенные авиастроители. Образовав в конце июля несколько рабочих групп, в начале августа они получили первые образцы стеклоткани и смолы и стали отрабатывать технологию их использования. К середине августа общее количество занимавшихся этим людей возросло с семидесяти до более чем двухсот человек - как за счет выхода к нам новых сбитых летунов, механов, все еще блуждавших по окрестным лесам, освобожденных из плена, так и за счет рекрутирования более-менее технически грамотных или просто толковых людей обоего пола. И вот вся эта команда увлеченно занималась самообучением конструкции самолетов, изучением аэродинамики и созданием оснастки и технологии ее использования. Вроде бы все отлично. Но когда я стал знакомиться с промежуточными результатами их работы, я пришел в уныние. Нет, обучение и знакомство с конструкциями - дело конечно полезное, это никогда не помешает. Но зачем же повторять старые конструкции на новых материалах ?!? И вроде бы люди-то подобрались технически грамотные, особенно механы со стажем или летчики, некоторые из них даже пытались строить свои самолеты, то есть с были знакомы даже с аэродинамическими расчетами. Но мыслили как-то слишком однобоко.
- У вас же есть материал, который по удельной прочности превосходит все существующие материалы !!! И сталь, и дюраль, и дерево, не говоря уж об этом перкале ! Так какого хрена вы сейчас повторяете конструкции, которые рассчитаны на этот мусор ?!?
- Ну не такой уж он и мусор ...
- Да, согласен, не мусор. Но те же деревянные конструкции - хотя они и сравнимы пока - пока! - со стеклопластиком по удельной прочности, но способы-то обработки у них разные !!! Ведь у стекловолокна отсутствует ярковыраженная слоистость ! Его можно формовать и наматывать как угодно - в этом плане оно значительно превосходит металлические конструкции и при этом не требует термообработки !!! Ну то есть что захотели, то и слепили !!! А что захотели вы ?
Я почему так разорялся ? Я видел конструкцию крыла того же И-16. Не спорю, для тех материалов она скоре всего была наиболее подходяща. И честь и хвала и конструкторам, создавшим ее, и рабочим, кропотливо воплощавшим ее в жизнь в тысячах - тысячах !!! - самолетов. Но есть одно "но". То же крыло. Взять его лонжероны, проходящие вдоль крыла. Каждый из двух лонжеронов сделан так. Две трубы - верхняя и нижняя, диаметром, ну, в пару сантиметров - соединены между собой дюралюминиевыми вертикальными планками - передней и задней. Каждая планка крепится к трубе заклепками, штук сто на ряд. И таких рядов заклепок - четыре - два для верхней трубы на переднюю и заднюю планку по их верхнему краю, и на нижнюю трубу - тоже два - уже на нижние кромки передней и задней планок. Всего - четыре сотни заклепок. Только на один лонжерон. Да, трубы образуют верхнюю и нижнюю части, планки - соответственно прееднюю и заднюю, все вместе - нормальный такой короб.
- Но четыреста заклепок на один лонжерон !!! А их два, и только в одном крыле !!! А крыльев - два !!! Для какого-то вшивого коробка !!! И что вы тут делаете ? Вы делаете такие же детали для изготовления такого же коробка. То есть две трубы и две планки. Отлично. Скреплять наверное также будете заклепками, так ?
- Ну ... или шурупами ...
- Еще лучше. У нас шурупов просто завались. Вам-же-ну-жен-ко-роб. У вас же есть лента. Так намотайте ее на оправку екарный бабай !!!
Тут до народа стало доходить. Просветление в глазах сменилось виноватым выражением и уже оно - недоумением и злостью. Ха-ты-ж-черт ! А мы то тут ... действительно глупо получилось.
И дело пошло. Хотя все-равно приходилось следить - теперь руководители групп сначала показывали планы разработок, и только после их одобрения или корректировки начинались работы.
- А вы зачем планируете делать столько нервюр ? Сколько их в крыле ?
- Одиннадцать.
- Так это количество ведь рассчитано на дюраль и обшивку наполовину из дюрали наполовину из перкали - такие материалы, особено перкаль, естественно требуют частого набора, иначе будут проминаться и терять форму. У нас же в качестве обшивки гораздо более прочный материал. Он ведь наверное будет успешнее сопротивляться давлению, соответственно меньше потребуется и нервюр ?
- Надо подумать.
Через некоторое время разработчик подходил:
- Да, действительно, можно обойтись и семью нервюрами.
- Ну вот, отлично. Покажите, какими они будут.
- Вот.
- Что ? Опять ?
- А что ?
- Ну мы же уже разбирали это на примере лонжерона.
- Не понимаю.
- Вот смотрите, что Вы пытаетесь сделать. Вы опять пытаетесь повторить существующую конструкцию. А зачем ? Она же сейчас что содержит ? Во-первых - замкнутая планка, повторяющая профиль крыла в разрезе. Во-вторых - раскосы внутри этой планки, которые придают ей жесткость. А в-третиьх - крепеж всех этих раскосов к планке !!! И на каждую точку крепления - пара пластин с каждой стороны и ... сколько там? ... девять клепок на одну планку ? Это получается на одно крепление - восемнадцать заклепок, по девять на каждую сторону ... а всего сколько креплений ?
- По семь на каждую ...
- То есть - семь нервюр, на каждую семь креплений, на каждое - две планки и восемнадцать заклепок ... сколько же это будет ... сорок девять на восемнадцать .... Получается восемьсот ... восемьдесят ... две заклепки на крыло, два крыла - тысяча семьсот. Ну и планок там соклько-то сотню что-ли ... Ну ?
- Ну да. А как же тогда ? Это же нервюра ... плоский элемент с раскосами ее не намотаешь как лонжерон ...
- А надо думать. Ведь можно сделать форму, в которой выложить полку, на которой будет лежать обшивка, и раскосы. Все ленты будут в форме торцами, и ширина ленты определит ширину нервюры ... как-то так ...
- Так это потребуется сдавливать все с боков .. больно сложная пресс-форма, там части должны двигаться и вертикально - для полок, и горизонтально - для раскосов, причем в разные стороны.
- Да, сложновато. А что делать ? Зато за один проход получим нервюру безо всякой клепки, одной деталью ...
- Надо думать.
- Да, успехов.
Через три дня он пришел весь какой-то окрыленный.
- Я тут что подумал ! Ведь материал у нас легче и прочнее дюраля, нервюр меньше, так зачем нам эти раскосы ?!? Сделаем плоскую пластину, они и будет поддерживать полки нервюры ...
- Оп-па !!! А ведь это мысль !!! И насколько нервюра будет тяжелее ?
- На двести грамм.
- Делаем !!! Хотя ... если получится сделать еще и ребра жесткости по пластине - будет совсем отлично - сделать там при укладке вертикальные или еще лучше косые защипы сверху донизу ... или еще как - смять ткань и потом чем-то ее придавить не только сверху, но и вбок - чтобы сжать эти защипы. Ребра жесткости, думаю, никогда не помешают.
Еще через три дня я держал в руках коробку с изогнутыми краями, и меня переполняла радость от того, что народ наконец перестроил мозги и начал мыслить, отталкиваясь от того, что им надо сделать, а не от того, как делают сейчас. То, что это нервюра, я понял сразу, по характерным изгибам верхней и нижней граней. Но радовало меня не то, что я догадался о назначении предмета, а краткий рассказ, каким образом вообще пршли к этой конструкции:
- Ну Вы сказали, что хорощо бы сделать ребра жесткости, а я еще подумал - это же сколько мороки - прокладывать ленту, вести защип через всю боковую плоскость, промазывать смолой, прокатывать плоскость и сжимать защип ... и так слоя три наверное ... Иду значит, и вижу, как наматывают лонжерон. Вспоминл я, как Вы лихо расправились со всеми его деталями, и тут думаю: "Эге ... а если и мне так же ?".