Почему в самолётах до сих пор используются старинные заклёпки

Материалы для создания самолёта

Авиалайнеры./ Фото: rbc.ru

Конструкция самолёта — это некий компромисс между прочностью, весом и долговечностью. Удивительно, но даже сегодня, в эпоху композитов и 3D-печати, основой большинства самолётов остаётся алюминий. Он лёгкий, устойчив к коррозии и способен выдерживать высокие нагрузки, что делает его незаменимым для изготовления фюзеляжей и крыльев. Причина тому — способность алюминия успешно сопротивляться усталости металла, когда он начинает разрушаться от постоянных колебаний и вибраций. А в полёте это постоянное явление. Важно и то, как этот металл ведёт себя в экстремальных условиях: при резких перепадах давления, при минусовых температурах на высоте и при сильной тряске.

Фюзеляж авиалайнера./ Фото: sputnik.by

Также в современных авиалайнерах всё чаще применяются композиты. Их используют, например, в хвостовых частях или на обтекателях, где не так критично сопротивление ударам и нагрузкам. Композитные материалы высоко ценятся за лёгкость и устойчивость к коррозии, но есть и обратная сторона — они хуже поддаются проверке на повреждения. Там, где металл даёт трещину, которую можно увидеть или прощупать, композит может скрывать повреждение внутри. В двигательных гондолах и некоторых частях крыла нередко можно встретить титан. Он тяжелее алюминия, но и гораздо прочнее. Титановые детали не боятся высоких температур и сильных ударов, что делает их идеальными для зоны рядом с турбиной. Также титан используют в шасси — ведь оно должно выдерживать вес всей машины при посадке. Используют титановые сплавы точечно из-за их высокой цены.

Фюзеляж из алюминия./ Фото: sdelanounas.ru

Алюминиевые сплавы, углепластик, титан — каждый из этих материалов занимает строго определённое место в конструкции самолёта. Их комбинации неслучайны и продиктованы десятилетиями проб, ошибок и лётных испытаний. Правда, есть большая проблема — соединять детали из них очень сложно, особенно если детали изготовлены из разных материалов. Сваркой сделать это либо невозможно, либо трудновыполнимо по разным причинам, поэтому в самолётостроении до сих пор используются более современные варианты старинных заклёпок.

Вопросы сборки — сварка

Стойки самолёта./ Фото: aif.ru

Конечно, сварка в авиации используется, но не так широко, как можно было бы подумать. Её применяют в основном там, где нужны особо прочные и монолитные соединения — например, в элементах шасси, двигательных креплениях или в некоторых узлах, работающих при высоких температурах и давлениях. Эти зоны испытывают сильнейшие нагрузки, особенно во время взлёта и посадки. Сталь, в отличие от алюминия, выдерживает такие испытания лучше и при этом сохраняет форму даже после экстремального нагрева. Сварные конструкции здесь выполняют роль «внутреннего скелета». Они не видны снаружи, но держат на себе значительную часть веса и выдерживают ударные нагрузки. В таких местах важна именно монолитность, которую сварка как раз и даёт. В отличие от заклёпок, где детали соединяются внахлёст, сварной шов превращает два элемента в единое целое. Это особенно важно в узлах, где нежелательно появление даже микроскопических зазоров или люфтов.

Сварочные работы./ Фото: ytimg.com

Сварка также используется при изготовлении топливных баков, которые встраиваются в крыло или фюзеляж. Герметичность здесь критична, и сварной шов обеспечивает плотное соединение, не требующее дополнительных уплотнителей. Правда, такие баки чаще встречаются в военной или экспериментальной авиации. В гражданских лайнерах чаще применяют интегрированные баки, встроенные в конструкцию крыла, но даже там сварка встречается при соединении металлических частей внутри топливной системы. Тем не менее, несмотря на свои плюсы, сварка не может заменить все способы соединения. Она имеет свои недостатки, и ограничения, поэтому вместо неё используют старые добрые клёпаные соединения.

Вопросы сборки — клёпка

Заклёпки на фюзеляже./ Фото: flickr.com

Заклёпки в самолётостроении кажутся каким-то пережитком прошлого, особенно на фоне современных технологий, но для их использования есть серьёзные причины. Всё дело в том, что большая часть конструкции самолёта сделана из тонкостенных алюминиевых панелей. А алюминий, особенно в авиационных сплавах, плохо переносит сильный нагрев. При сварке он может потерять часть своей прочности, деформироваться или дать микротрещины. Клёпка же позволяет соединять элементы без теплового воздействия. Это особенно важно, когда конструкция должна оставаться прочной и при этом максимально лёгкой. Получается аккуратное, предсказуемое соединение, которое не вносит в металл лишнего напряжения.

Соединения заклёпками./ Фото: sdelanounas.ru

Кроме того, клёпочные соединения легко проверять и обслуживать. Если одна заклёпка ослабла или повредилась, это можно быстро заметить и заменить её на новую — не разбирая весь узел. На таких больших машинах, как самолёты, надёжность — это ещё и вопрос контроля. Сварной шов может скрывать внутри дефект, который не увидишь снаружи, а с заклёпками всё на виду. Плюс они хорошо работают в условиях постоянной вибрации. Самолёт в полёте живёт своей жизнью: гнётся и «дышит». По сути, заклёпки фиксируют конструкцию таким образом, чтобы она сохраняла определённую степень подвижности. Жёсткая сварка в таких условиях быстрее трескается, особенно если нагрузки динамические.

Заклёпки./ Фото: topwar.ru

К тому же, заклёпки отлично подходят для серийного производства: их можно ставить быстро и с высокой точностью, а результат всегда предсказуем. В современных лайнерах используется смешанный подход: в некоторых местах ставят клёпки, в других — винтовые соединения или клеевые композиты, но именно клёпка остаётся основой. Заклёпки превратились в своего рода эталонный метод соединения деталей в самолётах. Благодаря им удаётся избежать структурных изменений металла в процессе сборки, сделать всю конструкцию более надёжной и упростить производство.

Вопросы сборки — клей?

Клеенное крыло из композитных деталей./ Фото: dzen.ru

Впрочем, заклёпки — не самый удивительный метод сборки самолёта, куда более неожиданным является использование клея. Правда, речь не о канцелярском или строительном клее, а о специальных авиационных составах — прочных, термостойких и устойчивых к вибрациям. Такие клеи чаще всего применяют для соединения композитных материалов, особенно когда речь идёт о деталях с кривыми поверхностями или тонких панелях, где механическое крепление может нарушить структуру. Клеевое соединение получается лёгким, ровным и не перегружает саму деталь. Само склеивание часто идёт в тандеме с заклёпками или болтами. Например, крыло может быть склеено по кромке и при этом закреплено по периметру механическим способом. Это нужно не только для надёжности, но и чтобы равномерно распределить нагрузки. Современные клеи справляются с этим не хуже болтов, особенно в сочетании с углепластиком или стекловолокном, которые сами по себе хорошо реагируют на клейкие составы. Кроме того, в отличие от сварки или клёпки, клей не требует сверления или нагрева — а значит, деталь не теряет своей прочности и не повреждается в процессе сборки.

Карбоновое крыло./ Фото: drive2.ru

Такие клеи — это сложные эпоксидные или полиуретановые составы, рассчитанные на работу при больших перепадах температур, повышенной влажности и постоянной вибрации. Их тщательно тестируют ещё до начала сборки, потому что проверка уже готового клеевого шва бывает непростой. Тем не менее, клей уверенно занял своё место в авиации — особенно там, где важны аэродинамика и точность формы. Это не панацея и не замена другим способам, а ещё один метод сборки, простой и достаточно надёжный.

Самолёты – совершенно особенный вид транспорта, и с ними связано много легенд и мифов, а некоторые люди до сих пор продолжают задавать элементарные вопросы о них.