Древесные материалы, применяемые в самолетостроении.

Древесина успешно конкурирует с другими материалами при изготовлении малых и средних самолеов. Широкое применение древесины обьясняется следующими ее основными приемуществами:

• Высокая прочность
• Малый обьемный вес
• Простота обработки
• Высокие упругие свойства
• Дешевизна

Наиболее широко применяется в самолетостроении сосна. В качестве заменителя сосны могут применяться ель обыкновенная, ель саянская и пихта кавказская. Хотя механические качества древесины этих пород несколько ниже, чем у сосны, но удельная прочность почти одинаковая.

В следующей таблице приведены значения механических свойств основных древесных материалов, применяемых в самолетостроении.

Порода	Обьемный вес г/см3	Сопротивление сжатию вдоль волокон кг/см2	Сопротивление растяжению вдоль волокон кг/см2	Сопротивление статическому изгибу кг/см2	Сопротивление скалыванию вдоль волокон кг/см2	Сопротивление кручению кг/см2	Временное сопротивление ударному изгибу в тангентальном наравлении кг/см2
Сосна	0,52	350	830	650	50	80	0,130
Ель обыкновенная	0,47	320	750	600	50	80	0,100
Пихта кавказская	0,44	340	720	580	50	75	0,120
Лиственница сибирская	0,68	420	930	750	70	100	0,100
Ясень обыкновенный	0,71	400	1100	820	85	120	-
Ясень манчжурский	0,68	350	1000	750	80	110	-
Дуб	0,7	400	1000	740	70	100	-
Бук	0,65	390	930	730	75	120	-
Береза желтая и черная	0,73	450	1200	850	80	130	-
Липа	0,48	270	600	470	50	75	-

Наряду с приемуществами, древесина имеет следующие основные недостатки:

• Неоднородность строения
• Гигроскопичность
• Способность загнивать при определенных условиях

Для уменьшения или устранения недостатков древесины, разработаны методы ее облагораживания. В самолетостроении в основном применяют древесину, облагороженную путем пропитки шпона при высоких температурах и давлениях фенольно- или крезольноформальдегидными смолами.

Механические качества древесины сосны весьма высоки, поэтому она является основным конструкционным материалом для постройки деревянных и смешанных самолетов. Из сосны изготавливаются лонжероны крыла, фюзеляжа и оперения, нервюры, шпангоуты, стрингеры, полки килевой балки и кильсонов, бобышки и другие детали.

Ель, вследствие большой сучковатости не получила широкого распространения в самолетостроении и служит заменителем сосны.

При применении ели необходимо пересчитывать прочность деталей, так как механические качества ели на 9-10% ниже, чем у сосны. Кроме того, древесина ели обладает пониженной стойкостью против гниения и труднее обрабатывается, вследствие большой сучковатости и твердости древесины сучков.

Древесина пихты при удельном весе 0,4 имеет временное сопротивление сжатию вдоль волокон 340 кг/см², хорошо обрабатывается и склеивается.

Древесина лиственницы тяжелая, имеет высокие механические качества, стойкая против гниения, малосучковатая, но имеет склонность к растрескиванию.

Лиственница может быть во всех случаях заменителем дуба и ясеня и особенно пригодна для деталей гидросамолетов, так как мало намокает, мало коробится и хорошо сохраняется в воде. Из лиственницы изготавливают полки лонжеронов, килевой балки и кильсонов, стрингеры и другие детали.

Крупнослойный дуб используется для изготовления гнутых деталей, а также деталей гидросамолетов.

Ясень главным образом идет на гнутые детали и лыжи.

Авиационный шпон.

Шпон получается лущением предварительно пропаренных или провареных березовых или ольховых чурбаков. Полученная в результате лущения лента шпона разрезается специальными ножницами на листы требуемых размеров и сушится.

Авиационный березовый шпон изготавливается толщиной 0,40; 0,55; 0,70; 0,95; 1,15 и 1,5 мм, длиной от 1100 мм и более с градацией через 50 мм и шириной от 230 мм.

Авиационная фанера

Из фанеры изготавливаются многие детали самолетов и в частности обшивки фюзеляжа, крыла, центроплана, хвостового оперения, нервюр и шпангоутов.

Широкое применение фанеры в самолетостроении обьясняется ее сравнительно высокой однородностью, большой механической прочностью и выгодной формой, позволяющей легко использовать ее в конструкции. В самолетостроении применяют в основном березовую фанеру и частично ольховую.

Фанера изготавливается листами. Толшина листов 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0 мм, ширина (поперек волокон рубашки)800 мм и более, длина (вдоль волокон рубашки) - 1000 мм и более.

Фанера склеивается из шпона в специальных прессах, причем наружные слои шпона (рубашки) должны быть из целого листа шпона, внутренние же слои могут быть составлены по ширине из полос шпона шириной не менее 100 мм.

Физико-механические свойства фанеры зависят от качества шпона, клея правильности проведения технологического процесса ее изготовления.

В следующей таблице приведены характеристики физико-механических свойств фанеры:

Толщина фанеры	Число слоев	Обьемный вес фанеры г/см3 склеенной		Растяжение вдоль волокон рубашки кг/см2 склеенной			Скалывание по склейке
		Бакелитовой пленкой и смолой	Белковыми клеями	Бакелитовой пленкой и смолой		Белковыми клеями	Бакелитовой пленкой и смолой		Белковыми клеями
				1 сорт	2 сорт		В сухом состоянии	После кипячения в течение часа	В сухом состоянии	После кипячения в течение часа
1,0	3	0,80	0,70	750	650	700	-	16	-	8
1,5-2	3	0,80	0,70	750	650	700	18	16	15	8
2,0	5	0,80	0,70	750	650	700	18	14	15	7
2,5	3	0,80	0,70	750	650	700	18	14	15	7
2,5	5	0,8	0,7	750	650	700	18	14	15	7
3,0-4,0	3	0,8	0,7	750	650	700	18	14	15	7
3,0-4,0	5	0,8	0,7	750	650	700	18	14	15	7
5,0	3	0,77	0,7	700	650	700	22	14	17	7
5,0	5	0,77	0,7	700	650	700	22	14	17	7
6,0	5	0,77	0,7	650	600	650	22	14	17	7
6,0	7	0,77	0,7	650	600	650	22	14	17	7
8,0	5 и 7	0,77	0,7	610	500	610	27	14	27	7
10,0	7	0,77	0,7	610	500	610	27	14	27	7
10,0	9	0,77	0,7	610	500	610	27	14	27	7
12,0	9	0,77	0,7	610	500	610	27	14	27	7
12,0	11	0,7	0,7	610	500	610	27	14	27	7

Облагораживание древесины

Простейшим видом облагораживания древесины является камерная сушка ее перед употреблением. Камерная сушка стерилизует древесину и уменьшает ее гигроскопичность.

Для повышения механических качеств и для снижения неоднородности древесины ее уплотняют прессованием. Прессуют или цельную или измельченную древесину. Но прессованая древесина при повышенных механических качествах имеет и повышенный обьемный вес, а под действием воды сильно разбухает. Поэтому такая древесина не находит широкого применения в самолетостроении.

Гораздо лучше материал, получаемый в результате прессования древесины при повышенной температуре в металлическом цилиндре, наполненном смолой. При этом древесина прессуется и одновременно пропитывается со всех сторон смолой. Полученный таким образом материал, называемый лигностоном, имеет повышенные механические качества и под действием влаги незначительно меняет форму. Но лигностон также не нашел широкого применения в самолетостроении, потому что дефекты строения древесины сильно снижают однородность материала, а отобрать для изготовления лигностона крупные заготовки без дефектов затруднительно. Лигностон, полученный прессованием измельченной древесины плохо сопротивляется растяжению, статическому и динамическому изгибам.

Наилучшие качества имеет облагороженная древесина, изготовленная методом горячего прессования шпона, пропитанного спиртовым или водным раствором специальных фенольно- или крезольно-формальдегидных смол. Из таких слоистых материалов в самолетостроении применяются дельта-древесина и балинит.

Дельта-древесина - это доски или листы, полученные горячим прессованием березового шпона, пропитанного смолой.

Для изготовления дельта-древесины применяют спиртовые смолы марок СБС-1 и СКС-1 и водоспиртовые смолы марок СБС-2 и СКС-2. Шпон прессуют под давлением 90-110 кг/см³ при температуре около 150 градусов.

В производстве дельта-древесины используют березовый шпон толщиной 0,5-0,7 мм, причем через каждые 10 листов уложенных вдоль волокон рубашки листа или доски укладывается один лист поперек волокон. Обьемный вес дельта-древесины равен1,25-1,40 г/см³.

Дельта-древесина применяется для силовых деталей самолета: лонжеронов, силовых шпангоутов, лопастей воздушных винтов и т. д.

Балинит производится аналогично производству дельта-древесины, но березовый шпон предварительно подвергается химической обработке, в результате которой получает усадку. При этом прочность шпона повышается в 2,5-3 раза. Шпон прессуют под давлением 50-70 кг/см² при температуре около 150 градусов. Содержание шпона в балините должно быть 75-85% и смолы 15-25% по весу. Обьемный вес балинита равен 1,2-1,45 г/см³.



Источник: И П Бердинских М А Кузнецов "Производство деревянных самолетов" ОБОРОНГИЗ 1945