Техническая эксплуатация летательных аппаратов (стр. 6 )

Материалы по расчетной долговечности и результаты испытании служат основой для подтверждения назначенного ресурса. Увеличение ммкоемонтных ресурсов производится этапами по результатам эксплу-атГииГСтендовые (наземные) испытания не полностью выявляют осо­бенности работы систем и агрегатов в эксплуатационных условиях. В связи с этим проводятся эксплуатационные и летные испытания.

Расчетные методы. В этих методах исходят из предположения, что долговечность ограничивается усталостными свойствами конструкции, следовательно, речь идет о прочностном ресурсе конструкции. Можно выделить два расчетных метода: суммирования повреждений и каса-

мя стоянки на ВПП относят к }

ния.Метод суммирования повреждений широко используется при рас­чете ПРОЧНОСТНОГО ресурса ЛА. При использовании этого и других рас­четных методов в условиях эксплуатации ЛА выделяют время актив­ного и пассивного нагружения. В расчете используется лишь время ак­взлет — нагоужения Активное время нагружения включает цикл Ж - полет — посадка, руление по аэродрому и буксировку Вре-

■ щ\ йтаивжигяифшшЯииг

гружение, обычно пренебрегают.

ВьюМенные /паяете -------------- , ■„ .

при ТО м Р

X

| to/mm ффхтуфют*ft! imm! timmmt*ipat\

]

Таким образом, прочностной ресурс представляет собой суммарное вре­мя активного нагружения. Метод суммированных повреждений осно­вывается на гипотезе, в основе ко­торой лежит предположение, что усталостное повреждение является линейной функцией числа циклов нагружения. Условие нагруже­ния

Рис. 2.2. Схема взаимосвязи ресурса и надежности

(=1

Nt

24

Рис. 2.3. Схема суммирования повреждений:

/ - линейный закон накопления усталостных повреждений; 2 - фактическое накопление

усталостиых повреждений

где Гц - число действующих циклов нагружения определенной амплитуды; Nt - число циклов нагружения той же амплитуды, необходимое для разруше­ния; к - число уровней циклов, различных по амплитуде.

Отсюда следует, что разрушение происходит тогда, когда сумма всех «удельных (относительных) повреждений» будет равна единице. Вероятность разрушения в общем случае

«'"-2-Й-.

i=i

а вероятность неразрушения

Р (0 = 1-0(0.

Схема суммирования повреждений представлена на рис. 2.3. Ло­маная линия ОК означает задаваемый при расчетах закон накопления повреждений. Фактический процесс накопления усталостных повреж­дений в конструкции изображен на рисунке линией ОаЬс. Из приведен­ных зависимостей следует, что вероятность неразрушения Р (t) = 0,5, задаваемая по закону накопления повреждений ОК, может соответст­вовать истинной вероятности неразрушения по закону ОаЬс значитель­но более высокой, например, порядка 0,999. Однако, учитывая слож­ность авиационных конструкций, а также условия их нагружения в процессе эксплуатации, полученная таким образом вероятность нераз­рушения (0,999) является недостаточной для исключения появления трещин в элементах конструкции.

25

мето

Рис. 2.4. Определение ресурса дом касания

Возникает необходимость про­ведения периодических осмотров с целью выявления появляющихся в эксплуатации неисправностей и повреждений во всех функциональ­ных системах и зонах конструкции планера ЛА. Можно предположить, что в начале эксплуатации частота осмотров может быть небольшой, но по мере увеличения налета она уве­личивается, соответственно сроки между очередными осмотрами уменьшаются. Это утверждение подтверждается практикой, однако оно справедливо лишь при достаточно высоком уровне технологии произ­водства ЛА. Вместе с тем необходимо рассчитывать и определять вероятность неразрушения тех элементов и узлов, где недопустимо образование трещин, исходя из требований обеспечения безопасности полетов.

Необходимо знать, в какой области амплитуд нагрузок происходит наибольшее накопление усталостных повреждений. Эта информация помогает правильно выбрать область, в которой необходимо провести основное число усталостных испытаний конструкции самолета.

Метод касания основан на использовании интегральной повторяе­мости нагрузок, получаемой в процессе специальных летных испыта­ний на ЛА, оборудованных измерительной аппаратурой. Продолжаю­щиеся исследования в области прочности и повреждаемости конструк­ций ЛА обусловили, в частности, появление метода, позволяющего при известной спектральной плотности процесса нагружения оценить об­ласть повреждаемости. Так, при анализе повторяемости нагрузок, дей­ствующих на ЛА в турбулентной атмосфере или при движении по аэродрому, необходимо установить статистическое соответствие между кривыми интегральной повторяемости силовых факторов и интеграль­ной повторяемости перегрузок в центре масс ЛА. Это соответствие до­пускает решение задачи об оценке повторяемости нагрузок в про­цессе эксплуатации на основе повторяемости перегрузок в центре масс. Важным при этом является регистрация некоторых параметров, характеризующих условия полетов, например трассы, высоты, конфи­гурации местности, масс и конфигурации ЛА и др.

При известных интегральной повторяемости перегрузок N. полу­чаемой в процессе летных испытаний и физических нагрузках на эле­менты конструкции пи, строится статистическая зависимость между этими величинами (рис. 2.4). Затем выполняется пересчет кривой N = = / (пу) в N = f (p). В большинстве случаев они строятся с использо­ванием логарифмической шкалы по оси ординат. Это позволяет аппрок­симировать их прямыми линиями. Дальнейшее отыскание закона пре­образования сводится к оценке двух констант, характеризующих изме­нение угла наклона и ее эквидистантного смещения. В целом это упро­щает решение задачи.

26

При методе касания прочностной ресурс (или срок службы) конст­рукции определяется путем сопоставления кривой выносливости рас­сматриваемой конструкции и кривой интегральной повторяемости эксплуатационных нагрузок (см. рис. 2.4). Определение ресурса про­изводится следующим путем. Кривая интегральной повторяемости нагрузок / смещается вправо до касания с кривой выносливости 2. Абсцисса точки касания А указывает число циклов N2.

Отношение ^/^характеризует число периодов, принятых при определении интегральной повторяемости нагрузок до разрушения конструкции. Ординаты у точек А' и А одни и те же. Ресурс в этом случае определяется как произведение времени, измеряющего длитель­ность одного периода, на их число.

До настоящего времени метод касания не имеет еще достаточно обос­нованных теоретических объяснений, к тому же он дает более высокие значения ресурса, чем метод суммирования усталостных поврежде­ний. Это обстоятельство несколько ограничивает его применение на практике.

Экспериментальные данные. Они базируются на материалах стен­
довых и лабораторных испытаний элементов и узлов конструкций ЛА.
Испытания проводятся для выяснения характеристик выносливости
испытуемых объектов при различных уровнях нагружений. С целью
получения достоверных данных испытаниям подвергаются несколь­
ко образцов. Обычно испытывают, если это возможно, не менее трех
одинаковых образцов на каждом режиме нагрузки. Трудности заключа­
ются в том, что испытания целого ЛА или крупногабаритных его уз­
лов весьма трудоемки и дороги. Это вынуждает ограничиваться малым
числом испытуемых объектов. К тому же условия нагружения элемен­
тов конструкции ЛА в полете характеризуются большим разнообрази­
ем и случайной повторяемостью нагрузок, которые практически не­
возможно воспроизводить в лабораторных условиях. Это на практике
приводит к тому, что некоторые элементы и узлы, показавшие вполне
удовлетворительную выносливость при испытаниях, оказываются не­
достаточно выносливыми в реальных условиях работы в полете. На ос - I
нове экспериментальных методов можно определить прочностной ре­
сурс, выявить слабые места конструкции и характер возможного раз­
рушения, а также оценить скорость развития трещин в элементах.

2.4. ЖИВУЧЕСТЬ ЛА

С развитием ЛА и дальнейшим усложнением их систем остро встал вопрос о живучести конструкций и всех функциональных систем. При проектировании ЛА учитывают ожидаемые условия эксплуатации, в которых он будет эксплуатироваться.

При создании ЛБ все функциональные системы проектируются та­ким образом, чтобы возникающие в процессе эксплуатации неисправ­ности, повреждения и даже отказы отдельных узлов или элементов не

27

приводили к возникновению аварийной ситуации в полете. Для этого широко используется резервирование. Функциональные системы, от­каз которых приводит к аварийной или катастрофической ситуации, должны быть сконструированы таким образом, чтобы имеющийся опыт позволял считать отказ практически невероятным событием, или ис­пользуемое резервирование сохраняло после двух последовательных от­казов возможность продолжения полета по крайней мере в режиме ручного управления. Под живучестью ЛА или функциональной систе­мы понимают свойство, обеспечивающее нормальное выполнение задан­ных функций в полете (или в полетах) с отдельными отказами или по­вреждениями их элементов или узлов. Предельное состояние конструк­ции обусловливается моментом начала снижения ее несущей способ­ности. В связи с этим используют два основных принципа его опреде­ления: «безопасного ресурса», который заключается в прогнозе с весь­ма высокой надежностью его возникновения на наихудшем в смысле рассеивания экземпляре ЛА; «безопасного повреждения», который за­ключается в своевременном обнаружении этого момента на любом эк­земпляре ЛА. В первом случае надежность обеспечивается надлежащим выбором достаточно большого значения коэффициента запаса при вы­боре назначенного ресурса, а во втором - периодическими осмотрами конструкции с такими интервалами между ними, которые обеспечива­ли бы практическую невероятность образования повреждения, превы­шающего допустимую величину трещины /ир.