Этот купол был сделан по заказу кинофирмы «XX век Фокс» для фильма «Прикасаемые». Нас пригласили в качестве консультантов, и режиссер предложил соорудить для съемок фильма прозрачную сферу в 3/4 с диаметром около 25 м.
Сфера в 3/4 представляет собой пневматическую конструкцию, довольно сложную для расчета давления внутри купола и вне его. Кроме того, невозможно было получить по-настоящему прозрачную ткань с покрытием. Изучив различные возможности, мы, наконец, остановились на прозрачной ПВХ пленке и нейлоновой сетке.
Когда все исследования и изготовление деталей были завершены, началась установка купола. Трубчатый стальной подиум был покрыт тканью, и с помощью напыления ему придали вид бетона, были сделаны зеркальный пол из полированных алюминиевых панелей, вход снизу из «пружинящей» двери и установлен абсолютно бесшумный вентилятор.
К несчастью, во время укладки пола подача воздуха внутрь была уменьшена и еще более снижена в результате установки решетки в верхней части купола. «Мы думали, — как мне сказали позднее, — что выходит такое же количество воздуха, как подается, но воздух выходил намного быстрее». В купол воздуха поступало недостаточно, и конструкция «обмякла». С гор подул ветер, ударил в купол, и верхушка его лопнула. Результат, конечно, парадоксален: взрыв был настолько эффектен, что его намеренно повторили в кульминации фильма.
Когда же были предприняты все меры предосторожности, купол вел себя прекрасно. Это был самый большой в мире прозрачный купол, давший возможность режиссеру Роберту Фримену провести съемки.
До недавнего времени большинство пневматических конструкций проектировалось на основании предшествующего опыта. Некоторые предприниматели наладили производство и выпустили в продажу ряд стандартных форм, уже оправдавших себя на практике. Однако, когда возникала необходимость в новом материале, возникали сложности, так как специалистов-проектировщиков в этой области не существовало, а сам процесс проектирования пневматических конструкций еще не был достаточно разработан. Вероятно, этим можно объяснить медленное развитие пневматических конструкций в Европе, и, в особенности, в Великобритании.
Но теперь картина меняется. Изданы справочники, где излагаются основы проектирования и расчета разнообразных форм; все больше инженеров интересуются этим предметом. Однако расчеты, касающиеся проверки работы пневматической формы, сложны, занимают много времени и должны исходить из конкретного проекта, который является результатом разумного или, скорее, интуитивного подхода проектировщика к предмету.
Пневматическая конструкция низкого давления будет устойчивой, если внутреннее давление будет равно или же будет слегка превышать массу оболочки. Если масса ткани составляет 1,4 кг/м2, потребуется давление, лишь немного ее превышающее. Этого достаточно для стабильности конструкций только при тихой погоде.
Ветер — причина многих осложнений, и поэтому внутреннее давление всегда должно быть равно или, когда требуется, слегка превышать давление, оказываемое на конструкцию ветром. Устойчивая форма может предотвратить вибрацию, которая иногда достигает угрожающей величины.
Оболочка должна также выдерживать давление снега, который может скапливаться на горизонтальных или почти горизонтальных плоскостях.
Так как внутреннее давление в конструкциях этого типа равномерно распределяется по всей поверхности, нужно определить самое сильное возможное внешнее давление и учитывать его при проектировании. Максимальное давление должно определяться в каждом отдельном случае — например, если человеку надо взобраться на конструкцию для ухода или чистки. В этом случае было бы неправильным считать, что этой нагрузке (около 40 кг/см2) нужно создать противодействие по всей поверхности оболочки. Правильнее считать, что временная локализованная деформация допустима.
Можно подумать, что при выборе материала оболочки проектировщики руководствуются общим уровнем напряжения, который должна выдержать оболочка, но в действительности может возникнуть очень сильная концентрация напряжения, которая и будет диктовать прочность мембраны.
Итак, основная цель расчета заключается в том, что оболочка в целом должна выдержать максимальную нагрузку в любой части. Можно по-разному «раскраивать» оболочку для улучшения эксплуатационных свойств в определенных местах, однако это не всегда возможно по финансовым соображениям.
Наконец, должна быть рассчитана подъемная нагрузка, определяемая давлением, приходящимся на единицу площади основания. Эту нагрузку считают одинаковой по всему периметру, хотя в действительности при порывах ветра она может различаться.
Форма диктуется стремлением к минимальной площади поверхности. Она может быть также изменена за счет раскраивания. Например, если бы кто-нибудь надувал оболочку кубической формы, она бы стремилась к форме шара. К форме можно Добавлять всевозможные отростки, но и они при надувании будут походить на причудливые шары с рогами и носами.