Конструкции, или почему не ломаются вещи

В результате произошло следующее. Во время испытаний под высоким давлением сварные швы нагревательной рубашки сильно пострадали, но никто этого не заметил. Швы были настолько близки к разрушению, что нескольких циклов нагружения при гораздо меньших давлениях оказалось достаточно для усталостного разрушения, приведшего к трагическим последствиям. Знающий и опытный инженер должен был бы предусмотреть такую возможность. По закону и, возможно, по справедливости основная тяжесть вины ложилась на изготовителей сосуда, но я не мог избавиться от мысли, что компетентная фирма, располагавшая опытными инженерами-химиками, могла бы предотвратить беду. Когда я оказался на этой фирме, директор пригласил меня обедать. В ходе беседы я между прочим спросил его:

— Сколько в вашей фирме дипломированных инженеров, мистер…?

И услышал в ответ:

— Ни одного, слава богу!

О вырезании дыр

Вообще говоря, вырезать дырки в уже существующих конструкциях довольно безрассудно, и тем не менее некоторые просто не могут противиться соблазну проделать это. Случай, о котором пойдет речь, произошел с самолетом "Мастер", построенным перед войной в качестве учебного самолета Королевских военно-воздушных сил. По характеру исполнения и стилю управления он был похож на "Харрикейн" и "Спитфайер". В трудные дни 1940 г. некоторые из этих самолетов были переоборудованы в истребители, для чего в крыле поставили шесть скорострельных пушек. Первоначальный учебный вариант машины имел тросовый привод механизмов управления, который хотя и прекрасно работал, но был слишком "мягким" для настоящего истребителя. Поэтому кто-то решил заменить в истребительном варианте "Мастера" тросы на металлические тяги. Чтобы пропустить тяги, управляющие рулями высоты и поворота, в шпангоуте хвостовой части были сделаны соответствующие вырезы.

Прошло совсем немного времени, и последовала серия из трех катастроф со смертельным исходом. Во всех трех случаях у самолета в полете отваливался хвост. При стендовых испытаниях фюзеляжа выяснилось, что его прочность упала до 45% расчетной нагрузки. Мораль, я думаю, ясна.

Гораздо более известная катастрофа такого же типа с огромным количеством жертв произошла с транспортом "Биркенхед". Этот металлический пароход был спущен на воду в 1846 г. как военный корабль. Он имел должную прочность и был снабжен в нужном количестве водонепроницаемыми переборками. Когда его переоборудовали в транспорт, военное ведомство настояло, чтобы в поперечных переборках [126] были сделаны большие отверстия, дабы в помещениях для солдат было больше места и света.

126

За исключением, конечно, переборок машинного отделения.

В 1852 г. "Биркенхед" отправился в Индию через Кейптаун, имея на борту 648 человек, в том числе 20 женщин и детей. В результате навигационной ошибки судно налетело на одинокую скалу в 4 милях от побережья Южной Африки. Корабль получил огромную пробоину в носовой части, и поскольку переборки корпуса были практически вырезаны, все люди, находившиеся в носовой части корабля, были затоплены водой почти мгновенно. Многие солдаты не успели проснуться: было 2 часа ночи. Под напором заполнившей корабль воды передняя часть его обломилась и быстро пошла ко дну. Было темно, море кишело акулами, спасательных шлюпок не хватало. Оставшиеся в живых сгрудились на корме, которая тонула медленнее. Солдаты вели себя храбро и дисциплинированно: они собрались на верхней палубе, в то время как женщин и детей посадили в немногие уцелевшие шлюпки и отправили на берег. Все женщины и дети были спасены. Уцелело лишь 173 человека, остальные утонули или были съедены акулами.

Быстрое затопление водой большинства отсеков корабля явилось очевидным следствием того, что во многих переборках были вырезаны отверстия, что и послужило, конечно, причиной гибели судна. Жертв было бы, наверное, значительно меньше, если бы корабль не разломился надвое, что произошло, по-видимому, в результате ослабления корпуса как целого.

История с "Биркенхедом" стала широко известна как пример дисциплины и героизма экипажа. Когда известие достигло Берлина, прусский король приказал зачитать его перед строем в каждой армейской части. Возможно, было бы лучше, если бы он заставил военное министерство не вмешиваться в вопросы конструкции кораблей - предмет, в котором армейские чины всегда мало что понимали.

Как отмечает К. Барнэби, известный кораблестроитель, представление о том, что в транспортах свежий воздух и свободное пространство важнее безопасности, было весьма живучим. Он говорит, что даже в 1882 г. судовладельцы жаловались, что, когда они, согласно требованиям адмиралтейства, устанавливали дополнительные переборки, военные власти отказывались принимать суда на том основании, что пространство между переборками слишком мало [127] .

127

Barnaby К. С. Some Ship Disasters and their Causes.
– Hutchinson, 1968.

Об излишнем весе

Почти каждая конструкция почему-то оказывается тяжелее, чем предполагал ее автор. Отчасти это происходит из-за слишком оптимистических оценок тех, кто занимается весом будущей конструкции, но отчасти благодаря заботе почти каждого участника о ее "безопасности". Каждый делает свою деталь чуть-чуть толще и чуть-чуть тяжелее, чем это в действительности необходимо. В глазах многих это своего рода добродетель, признак честности и порядочности. В словах "построено основательно" сквозит оттенок похвалы, в то время как слова "легкая конструкция" звучит скорее как "легковесная", "ненадежная".

Иногда все это не играет роли, но иногда от этого зависит очень многое. Вес самолета имеет тенденцию постоянно возрастать от самой чертежной доски. Лишний вес, естественно, ограничивает запас горючего и радиус действия самолета. Кроме того, увеличение общего веса почему-то всегда приводит к смещению центра тяжести самолета назад. Другими словами, вес хвоста всегда растет быстрее, чем вес всех остальных частей .аппарата. Это может иметь серьезные последствия. Если центр тяжести слишком сильно переместится назад, то самолет будет иметь весьма опасные летные характеристики. Он легко срывается в штопор, из которого не может потом выйти. По этой причине удивительно много самолетов - в том числе и самых знаменитых - пролетало всю свою жизнь с постоянно прикрученным болтами свинцовым грузом на носу. Не стоит и говорить, насколько это плохо.

Излишний вес судов может оказаться еще более вредным. В этом случае не только увеличивается общий вес корпуса, но и смещается центр тяжести, причем всегда только вверх. Остойчивость корабля, то есть его способность плавать так, как надо, а не вверх килем или на боку, определяется так называемой "метацентрической высотой". Она представляет собой расстояние по вертикали между несколько мистической, но очень важной точкой, называемой метацентром [128] , и его центром тяжести. По весьма веским причинам метацентрическая высота даже большого корабля обычно довольно мала, она составляет 30-60 см или даже меньше, поэтому подъем центра тяжести всего на 10 см значительно меняет метацентрическую высоту, что может сильно сказаться на остойчивости и, следовательно, на безопасности судна. Многие корабли переворачивались из-за этого уже при спуске на воду, причем ни корабельные мастера, ни все остальные, кто несет ответственность за излишний вес корабля, почему-то не считали себя в этом виноватыми.

128

Метацентром называется точка, где находился бы центр тяжести вытесненной кораблем воды.
– Прим. перев.

В гл. 10 мы уже упоминали о гибели корабля "Кэптэн". История с ним носила политический характер и вызвала в то время много дискуссий. Я полагаю, немногие катастрофы имели столь далеко идущие последствия. "Кэптен" знаменует собой поворотную точку в развитии паровых линкоров и, возможно, в развитии современной концепции "мировой державы". Слабо разбирающиеся в кораблестроении историки не раз упрекали Британское адмиралтейство в излишней медлительности при переходе от паруса к пару. Историки же рьяно критиковали "империалистическую экспансию" и т.п.

Однако следует иметь в виду, что вплоть до сравнительно недавнего времени из-за ненадежных машин, большого расхода угля и малого радиуса действия паровые военные корабли, стоило им только покинуть родные воды, оказывались целиком зависимыми от баз, пунктов заправки углем и т.д. Реализация концепции "мировой державы" с помощью парового военного флота была в корне отличной от политики и стратегии, осуществлявшейся с помощью парусного флота в XVIII в. Именно по этой причине Британское адмиралтейство так долго настаивало на сохранении почти на каждом линкоре в дополнение к паровым машинам парусного снаряжения.