Кроме того, некоторые элементы самолетной конструкции выходят из строя не под нагрузкой, постоянно действующей в одном направлении, а вследствие так называемого флаттера. Это означает, что в определенных условиях обшивка ведет себя в потоке воздуха подобно полощущемуся на ветру флагу. Бороться с флаттером следует путем увеличения жесткости, а не прочности.

Получается так, что, когда мы начинаем увеличивать прочность материала, то есть вытаскивать нос, хвост оказывается увязшим - слишком мал модуль Юнга. Следовательно, увеличить модуль упругости столь же важно, как и увеличить прочность.

Далее, когда мы имеем дело с конструкциями минимального веса - например, с самолетом, - нас интересуют не столько абсолютные свойства материалов, сколько их удельные свойства; мы должны знать, сколько прочности и жесткости приходится на единицу веса. Удельные величины получаются делением абсолютных величин на удельный вес или плотность материала. С этой точки зрения полезно взглянуть на модули Юнга обычных технических материалов, которые приведены в табл. 2.

Таблица 2

Материал / Удельный вес γ, г/см3 / E , кГ/см2 x 10-4 / Е /γ условные единицы

Молибден / 10,5 / 3,0 / 2,9

Железо / 7,8 / 2,1 / 2,83

Титан / 4,5 / 1,2 / 2,7

Алюминий / 2,7 / 0,75 / 2,8

Кварц и обычное стекло / 2,5 / 0,70 / 2,8

Магний / 1,7 / 0,45 / 2,7

Древесина (ель, параллельно волокну) / 0,5 / 0,135 / 2,7

Из таблицы видно, что удельный модуль упругости E /γ всех этих материалов практически одинаков. Вероятно, в этом нет какого-либо глубокого философского смысла, совпадение здесь - дело случая. Но так или иначе, а сам по себе факт совпадения удельных модулей ставит инженеров и материаловедов в весьма затруднительное положение. Ведь как бы мы ни старались улучшить прочность принятых материалов, мы оказываемся привязанными к одному и тому же удельному модулю. Это означает, что, если мы хотим достичь поставленных целей, мы должны отказаться от всех ходовых материалов, в обращении с которыми накоплен большой опыт.

Что же остается делать? Что это за вещества, которые имеют более высокие модули? Оказывается, таких веществ не так уж много, но все же они есть. Лучшие из них приведены в табл. 3.

Таблица 3

Вещество / Удельный вес γ, г/см3 / E, кГ/см2 x 10-4 / Е /γ усл. единицы / Темп. плавл., °C

Нитрид алюминия / 3,3 / 3,5 / 10,6 / 2450

Окись алюминия / 4,0 / 3,9 / 9,8 / 2020

Бор / 2,3 / 4,2 / 18,0 / 2300

Окись бериллия / 3,0 / 3,5 / 11,6 / 2530

Бериллий / 1,8 / 3,1 / 17,2 / 1350

Углерод, усы / 2,3 / 7,7 / 33,5 / 3500

Окись магния / 3,6 / 2,9 / 8,0 / 2800

Кремний / 2,4 / 1,6 / 6,7 / 1400

Карбид кремния / 3,2 / 5,6 / 17,5 / 2600

Нитрид кремния / 3,2 / 3,9 / 12,2 / 1900

Нитрид титана. / 5,4 / 3,5 / 6,5 / 2950

Эта таблица в некотором смысле обнадеживает; она показывает, что есть в природе твердые тела, у которых удельный модуль Юнга больше, чем у традиционных технических материалов, грубо говоря, в десять раз. По-видимому, эти материалы открывают захватывающие перспективы. В то же время их список обескураживает. Все эти материалы в нормальных условиях весьма непрочны и хрупки, получать их можно обычно только при очень высоких температурах, некоторые из них токсичны.