Конструкторской деятельности

В 1928 г. конструкторским коллективом Н. Н. Поликарпова был сконструирован самолет Р-5, имевший смешанную металло-деревянную конструкцию с преобладанием дерева и снабженный 500-сильным двигателем М-17. По летно-тактической характеристике самолеты этой серии также относились к классу самолетов-разведчиков и легких бомбардировщиков, но отличались от самолетов Р-3 большей грузоподъемностью, скоростью и высотой полета. Они широко применялись в частях ВВС и для транспортных целей в Гражданском воздушном флоте. Смешанная конструкция их, не требовавшая применения большого количества дефицитного дюралюминия, оказалась более дешевой, и в 1931—1937 гг. заводы выпустили около 7000 таких машин. Как правило, самолеты-разведчики и легкие бомбардировщики того времени имели морские варианты — с заменой колесного шасси специальными поплавками (самолеты МР-1, МР-5, учебный самолет МУ-1). Но такой способ превращения сухопутных самолетов в морские значительно ухудшал их основные летно-тактические характеристики и не обеспечивал достаточной мореходности (способности к нормальной эксплуатации на взволнованной водной поверхности). Поэтому наряду с разработкой поплавковых вариантов сухопутных самолетов велось конструирование специальных типов гидросамолетов («летающих лодок») с более высокими мореходными качествами. Так, еще в 1922 г. под руководством Д. П. Григоровича была спроектирована и построена двухместная «летающая лодка» М-20. В 1927 г. тем же конструкторским коллективом была подготовлена к летным испытаниям цельнометаллическая двухмоторная «летающая лодка» РОМ-1 (разведчик открытого моря), а в 1930—1933 гг. конструкторы ЦАГИ, использовавшие опыт проектирования металлических глиссеров и торпедных катеров, разработали конструкции летающих лодок-монопланов — морских разведчиков дальнего действия АНТ-8 (МДР-2) и морских разведчиков ближнего действия АНТ-27 (МБР-4); последние вошли затем в серийное производство.

Используя конструктивную схему двигателя «Райт-Циклон SGR-1820», А. Д. Швецов и сотрудники ЦИАМ разработали серию двигателей М-25, М-62 и М-63 мощностью до 1100 л.с. Конструкторским коллективом В. Я. Климова на базе 12-цилиндрового V-образного двигателя «Иснано-Сюиза-12» была разработана конструкция 750-сильного двигателя М-100, а группой С. К. Туманского (ныне член-корреспондент АН СССР) на основе 14-цилиндрового звездообразного двухрядного двигателя «Гном-Рон-14» был разработан двигатель М-85.

В 1937—1938 гг. конструкторским коллективом Н. Н. Поликарпова были разработаны конструкции опытных скоростных воздушных истребителей танков (ВИТ) и самолетов воздушного боя (СВБ), обладавших максимальной скоростью до 500—513 км/час и достаточно мощным пушечным вооружением. В 1938—1939 гг. под руководством А. А. Архангельского было завершено проектирование пикирующего бомбардировщика Ар-2, тогда же переданного в серийное производство. В 1939 г. А. С. Яковлевым был сконструирован двухместный скоростной бомбардировщик Як-4, развивавший скорость до 567 км/час, в то время наибольшую в СССР для боевых самолетов, и обладавший дальностью полета до 1600 км. Принятый к серийному производству, он был построен затем в количестве свыше 600 шт. Наконец, в том же году В. М. Петляковым (1891—1942) был спроектирован и прошел летные испытания скоростной пикирующий бомбардировщик Пе-2 с двумя двигателями М-105Р. Годом позднее он был передан в серийное производство и в ходе Великой Отечественной войны стал основным типом советских бомбардировщиков ближнего действия. Все эти скоростные бомбардировщики довоенного выпуска были сконструированы на базе проектов или опытных образцов тяжелых двухмоторных истребителей. Этим определялись их особенности как боевых самолетов: наряду с увеличением скорости полета по сравнению с аналогичными зарубежными бомбардировщиками они имели недостаточное оборонительное вооружение, малую емкость бомбовых отсеков и сравнительно небольшую боевую живучесть. Большую грузоподъемность и более мощное вооружение имел только опытный самолет Ту-2, специально спроектированный в 1940 г. конструкторским бюро А. Н. Туполева как фронтовой бомбардировщик и поступивший в серийное производство уже в военные годы.

В 1936 г. конструкторским коллективом С. В. Ильюшина был: сконструирован бомбардировщик дальнего действия ДБ-3, снабженный, как и самолет АНТ-37, теми же двумя двигателями М-85 (позднее последовательно заменявшимися двигателями М-86 и М-87А), с крылом относительно небольшого удлинения и с повышенной удельной нагрузкой на крыло. Он развивал в полете на дальность среднюю скорость около 310—340 км/час и был принят на вооружение ВВС как основной тип самолета этого класса. Высокие летные качества его позволили летчику В. К. Коккинаки установить в 1936 г. мировые рекорды по поднятию 1000—2000 кг груза на высоту 11—12 тыс. м и выполнить в 1938—1939 гг. беспосадочные перелеты из Москвы на Дальний Восток (7600 км) и из Москвы в США — до острова Мискоу на западном побережье Атлантики (около 8000 км) — со средней скоростью 348 км/час.

Во второй половине 30-х годов конструкторским коллективом В. А. Чижевского была разработана конструкция экспериментального высотного самолета БОК-1, по общей конструктивной схеме близкого к самолету АНТ-25, снабженного двигателем М-34РН (впоследствии замененным двигателем М-34РНБ с турбокомпрессором), впервые оборудованного герметизированной кабиной и предназначавшегося для полетов на высотах до 14 100 м. В 1940 г. прошли летные испытания аналогичные по конструктивному исполнению высотный самолет-разведчик БОК-11, оборудованный двигателем М-34ФРН (с двумя компрессорами), сохранявшим постоянство мощности на высотах полета до 8000 ж, и высотный самолет -разведчик дальнего действия БОК-15, снабженный дизельным двигателем АЧ-40. В 1941 г. работы по одномоторным высотным самолетам дальнего действия были прекращены вследствие их невысокой боевой эффективности. Значение их для последующего развития авиационной техники ограничилось отработкой конструкций герметизированных кабин, турбокомпрессорных установок для наддува двигателей и т. п. Более заметные практические успехи были достигнуты тогда же в проектировании и постройке тяжелых самолетов-бомбардировщиков дальнего действия.

С середины 1942 г. на самолетах Пе-2 было улучшено и усилено оборонительное стрелковое вооружение и введена дополнительная броневая защита кабин. Тогда же были проведены работы по улучшению их аэродинамики (частично выправлен профиль крыла и улучшена отделка наружных поверхностей, осуществлена внутренняя герметизация и пр.), обусловившие наряду с начатой в 1943 г. установкой форсированных двигателей М-105ПФ вместо двигателей М-105РА увеличение скорости полета на 40 км/час и облегчение условий взлета самолетов с небольших полевых аэродромов. Наконец, в 1944—1945 гг. конструкторским коллективом В. М. Мясищева был разработан самолет Пе-2И, показавший на государственных испытаниях скорость 657 км/час (более чем на 100 км/час превысившую максимальную скорость самолета Пе-2), рекомендованный для серийного производства. Самолеты Пе-2, обладая многими положительными качествами, имели высокую посадочную скорость, предполагали высокое мастерство пилотирования и были опасны в эксплуатации при отказе одного двигателя, особенно при взлете.

В 1950 г. закончилась разработка крупноразмерного реактивного двигателя АЛ-5 с силой тяги 5000 кг. В начале 50-х годов коллективом А. М. Люлька была предпринята разработка мощных турбореактивных двигателей для самолетов, завершившаяся в 1952 г. выпуском экспериментального двигателя ТР-7, снабженного осевым компрессором со сверхзвуковыми ступенями. В 1948— 1952 гг. конструкторским коллективом В. Я. Климова были выпущены турбореактивные двигатели ВК-1 и ВК-1Ф с центробежными компрессорами, причем в двигателе ВК-1Ф впервые использовался метод форсирования тяги дожиганием топлива за турбиной в форсажной камере, предложенный и разработанный в 1945 г. группой И. А. Меркулова (конструкция форсажной камеры была выполнена в ЦИАМ В. П. Лебедевым и другими, а окончательная доводка ее осуществлена под руководством Н. Г. Мецхварашвили). Форсажный режим, увеличивший тягу на 25 %, в следующем десятилетии стал основным для турбореактивных двигателей сверхзвуковых самолетов.

В феврале 1945 г. конструкторским коллективом А. Д. Швецова был создан поршневой 18-цилиндровый авиационный двигатель АШ-73 с воздушным охлаждением. На его основе тем же коллективом был выпущен поршневой двигатель АШ-73ТК с турбокомпрессором (см. рис. 93), обладавший взлетной мощностью 2400 л. с. и предназначавшийся для установки на тяжелых

Позднее тем же конструкторским коллективом были спроектированы вертолеты Ка-15 и Ка-18 (см. табл. 23) с двумя соосными винтами диаметром 9,96 м—первые в СССР и за рубежом вертолеты такого типа. На вертолете Ка-15 был установлен рекорд скорости полета для этого класса летательных аппаратов — 170 км/час по замкнутому маршруту протяженностью 500 км11. В 1947 г., выполняя общее задание по разработке конструкций двух- и трехместных вертолетов, ОКБ И. П. Братухина предложило двухвинтовой вертолет Б-11, ОКБ А. С. Яковлева — одновинтовой вертолет Як-100 и ОКБ М. Л. Миля — вертолет Ми-1 с одним несущим винтом диаметром —14,5 м и с хвостовым рулевым винтом.

В 1965 г. конструкторским коллективом Н. И. Камова применительно к той же двухвинтовой соосной схеме был спроектирован и затем передан в производство вертолет Ка-26 (см. табл. 23) — «летающее шасси», на котором по мере необходимости могут устанавливаться кабина на шесть пассажиров, бункер для химикатов вместимостью 900 кг (при проведении различных видов сельскохозяйственных работ) или грузовая платформа. Кроме того, вертолет может перемещать грузы на внешней подвеске и использоваться на строительно-монтажных работах, выполняя функции «летающего крана».

К концу 50-х годов конструкторским коллективом А. И. Микояна был разработан сверхзвуковой самолет Е-166 с треугольным в плане крылом и одним турбореактивным двигателем. В 1961 — 1962 гг. на этом самолете летчики Г. К. Мосолов, А. В. Федотов и П. М. Остапенко установили абсолютные мировые рекорды скорости на базе 15—25 км (2681 км/час) и на замкнутой базе 100 км (2401 км/час), а также мировой рекорд высоты (22 670 км) на базе 15— 25 км при установившейся горизонтальной скорости полета. 7 июля 1962 г. Г. К. Мосолов на том же самолете достиг скорости полета более 3000 км /час.

В связи с развитием математических методов и средств вычислительной техники определилась принципиально новая возможность повышения темпов и качества проектирования механизмов и машин путем комплексной автоматизации. Проектирование механизмов и машин процесс творческий. Одна из задач разработки систем автоматизации проектирования машин и механизмов состоит в том, чтобы свести к минимуму так называемые рутинные работы инженера-проектировщика. По некоторым данным доля таких сравнительно легко поддающихся автоматизации формальных видов конструкторской деятельности составляет свыше 40%. Автоматизация подобных работ позволит значительно повысить творческий труд и даст основание ожидать появление более рациональных проектных решений.

Величественный и славный путь пройден отечественным машиностроением за 50 лет после всемирно-исторической победы Великой Октябрьской социалистической революции. Это были годы широчайшего размаха в заводском строительстве, годы расцвета конструкторской деятельности и всестороннего совершенствования технологии производства машин. Бурное развитие научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ сопутствовало и содействовало техническому творчеству советских машиностроителей. В итоге непрерывных полувековых усилий, направлявшихся и вдохновлявшихся Коммунистической партией, наша Родина ныне располагает мощным машиностроением, стоящим на уровне новейших достижений мировой техники.

Установлено, что в широком диапазоне конструкторской деятельности существует несколько разделов — проектирование, исследование, изготовление, отладка машины. Каждый из разделов включает в себя этапы работы, отдельные задания, конкретные вопросы. И в каждом из этапов, элементов работы таится возможность совершить ошибку, выполнить что-либо не так, чуть-чуть недоделать работу, в чем-то положиться на не подтвержденный расчетом или опытом вывод.

На повышение эффективности работы конструкторских организаций оказывает влияние ряд факторов, которые по содержанию можно дифференцировать на три группы. Это факторы, связанные "с предметами труда, средствами труда и самим трудом работников конструкторских организаций. Они действуют не в изолированном виде, а в тесной взаимосвязи. Поэтому при нахождении наилучших путей совершенствования работы конструкторских организаций необходимо учитывать комплексное взаимодействие всех факторов, стремиться к построению такой их комбинации, которая обеспечивает максимальное повышение эффективности конструкторской деятельности.

А. И. Зимин всегда уделял исключительно большое значение методологии и методике учебной, научно-исследовательской и конструкторской деятельности. Он требовательно и старательно подбирал и отрабатывал в своих книгах, лекциях и докладах терминологию, определения, понятия, классификации, вскрывая их физический смысл и стремясь добиться полной ясности и однозначности в их понимании. Ученый любил часто повторять:

Понятие «техническое конструирование» охватывает различные виды деятельности, общая цель которых заключается в выпуске комплекта конструкторской документации (чертежи, технические условия, методики, программы контрольных испытаний), содержащей информацию, позволяющую компетентному производственному персоналу выпустить изделия, удовлетворяющие всем конструктивным требованиям. Конечным продуктом технического проектирования является собственно комплект конструкторской документации. Все виды конструкторской деятельности независимо от трудности их выполнения или эффективности просто представляют собой этапы в выпуске и апробировании комплекта конструкторской документации.

конструкций является необходимым условием успешной конструкторской деятельности. Оно позволяет реализовать требования по обеспечению обслуживаемости аппаратуры. Однако имеется, кроме того, необходимость в количественной оценке характеристик обслуживаемости системы в процессе конструирования с целью получения некоторой уверенности в том, что требования будут выполнены. Для решения этой задачи предложено несколько методов. Ниже изложен метод, разработанный для наземной электронной аппаратуры. Он устанавливает соотношение между независимыми переменными элементами — конструкцией А, персоналом В, вспомогательными средствами С — и зависимой переменной величиной— временем обслуживания Т. Это соотношение можно выразить следующей функцией:

Аттестация устанавливает способности работника для руководящей работы и определяет ближайший резерв руководителей. Комиссия может дать рекомендации о переводе работника на более подходящую для него работу. В приложении II приведены должностные обязанности конструкторов и круг знаний, которыми они должны обладать. Кроме обязанностей конструктора, в приложении приведены обязанности, специалистов, работа которых способствует развитию конструкторской деятельности.

на общих вопросах: «Что такое конструирование?», «Основы творческой деятельности» и «Организующая систематизация». Это будет способствовать лучшему знакомству с материалом данной книги, с предпосылками, которые определяют научно-обоснованный процесс конструкторской деятельности, и сущностью творческой работы инженера.

Нас интересует не формальный ход работы при конструировании; мы хотим попытаться рационально сформировать процесс творческого мышления в этом процессе. При этом возникает вопрос, возможна ли вообще рациональная методика конструкторской деятельности. Разделим полезную умственную деятельность на формально-умственную и творчески-умственную. Можно считать, что на формально-умственную деятельность, если она будет следовать определенной методике, способен любой работник умственного труда. Возможно ли создание подобной методики для творчески-умственной деятельности? На этот вопрос мы пока не ответим. Оставим также открытым вопрос, возможно ли на творчески-умственную деятельность повлиять таким образом, чтобы она не выродилась в беспочвенное фантазирование, а была бы направлена по благоприятному пути.

Относительно необходимости уточнения задания не должно быть никаких сомнений. На практике задание выполняется тем легче, чем лучше оно разработано. Поэтому первые попытки рационализации конструкторской деятельности были направлены прежде всего на создание определенного порядка в формулировке задания и выяснении содержащихся в нем требований.

В этой главе целесообразно рассмотреть, что методика конструирования в состоянии дать для конструкторской деятельности и в каких других областях она может оказать помощь.