Конструктивные мероприятия по обеспечению заданных ЭТХ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
ПРИ ЕГО ПРОЕКТИРОВАНИИ
Эксплуатационно-технические характеристики
И их влияние на эффективность и безопасность эксплуатации ЛА
Качество ЛА как устройства, предназначенного для совершения полетов, зависит от его эффективности и безопасности.
Эффективность ЛА зависит как от его функциональных свойств – ЛТХ (грузоподъемность, крейс. скорость, дальность полета, длина ВПП и др.), так и от эксплуатационно-технических характеристик (ЭТХ), к которым относятся надежность, живучесть и эксплуатационная технологичность. К числу ЭТХ относится также и безопасность ЛА.
Надежность – свойство ЛА сохранять в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять полетные задания в течение жизненного цикла в расчетных условиях эксплуатации. Надежность складывается из безотказности, ремонтопригодности, долговечности и сохраняемости:
- безотказность – свойство ЛА непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение времени выполнения полетного задания (показатель – налет на отказ);
- ремонтопригодность – свойство ЛА, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов (показатель – коэффициент готовности, т.е. относительное время пребывания ЛА с состоянии готовности к полету и в полете);
|
|
|
- долговечность – свойство ЛА сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Предельным состоянием называется такое состояние ЛА, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно (показатели – ресурсы в часах или в количестве посадок и сроки службы в годах);
- сохраняемость – свойства ЛА сохранять значения показателей безотказности, ремонтопригодности и долговечности в течение и после хранения и транспортирования (показатель – срок сохраняемости в годах).
Живучесть – свойство ЛА сохранять работоспособное состояние при нерасчетных условиях эксплуатации, а также при наличии накопившихся повреждений, например, усталостных (показатель – вероятность сохранения работоспособного состояния при воздействии нерасчетных факторов).
Эксплуатационная технологичность – свойство ЛА, заключающееся в приспособленности к выполнению всех видов работ по техническому обслуживанию и ремонтам, включая оперативное обслуживание, не связанное с отказами и повреждениями (показатель – удельная трудоемкость технического обслуживания – трудоемкость всех видов технического обслуживания и ремонта в пределах ресурса до первого ремонта, приходящаяся на час налета).
|
|
|
ЛТХ характеризуют так называемую исходную эффективность ЛА, т.е. эффективность, не учитывающую приспособленность ЛА к эксплуатации, успешность его функционирования. Итоговая же эффективность зависит от ЭТХ, которые проявляются в процессе эксплуатации при определенном воздействии внешней среды, зависящем от режимов полета, климатических условий, интенсивности воздействия нерасчетных условий и при конкретных способах технического обслуживания. Таким образом, итоговая эффективность ЛА зависит как от ЛТХ, так и от ЭТХ, а именно от надежности, живучести и эксплуатационной технологичности.
Однако ЛА должен быть не только эффективным, но и безопасным.
Безопасность – свойство ЛА непрерывно в течение полета сохранять работоспособное состояние тех систем и агрегатов, которые обеспечивают завершение полета без летного происшествия (показатель – налет на летное происшествие).
|
|
|
Высокие ЭТХ обеспечиваются как на этапе эксплуатации, так и на этапе проектирования и изготовления ЛА.
Конструктивные мероприятия по обеспечению заданных ЭТХ
Рассмотрим конструктивные мероприятия, обеспечивающие заданные показатели надежности, эксплуатационной технологичности, живучести и безопасности ЛА, которые применяются на этапе проектирования.
Надежность
Выше отмечалось, что надежность складывается из безотказности, ремонтопригодности, долговечности и сохраняемости.
Рассмотрим безотказность.
Отказы элементов конструкции агрегатов планера и его систем, т.е. нарушение работоспособности элементов каркаса, обшивки и механических устройств, связанные с их разрушением в результате воздействия нагрузок, превышающих расчетные, а также связанные с усталостью материала конструкции, рассматриваются при оценке живучести. Здесь же следует рассматривать случаи нарушения работоспособности в расчетных условиях эксплуатации.
Отказы элементов конструкции планера, т.е. его каркаса, обшивки, сковочных узлов (фитингов) и соединительных элементов (заклепок, болтов, сварных швов и точек, клеевых соединений) заключаются в основном в их разрушении, наличии остаточных деформаций, в том числе из-за потери устойчивости стержневых или тонкостенных элементов. Причины возникновения подобных отказов связаны с ошибками при расчетах нагрузок, конструировании, расчете на прочность и при изготовлении.
|
|
|
Что касается подвижных частей крыла и оперения, а также системы управления и шасси, то здесь, кроме того, возможны отказы, связанные с заеданием и заклиниваем подвижных элементов, нарушением работоспособности электрических и гидравлических агрегатов.
В деталях тормозных колес шасси возможно появление трещин из-за перегрева, вызванного применением тормозов недостаточной энергоемкости или нечеткой работой агрегатов антиюзовой автоматики.
Мероприятиями, повышающими безотказность, здесь являются применение наиболее точных методов расчета, проверенных практикой принципов проектирования конструкций, повышение культуры производства, использование эффективных методик управления качеством продукции.
Для повышения безотказности электрических и гидравлических частей проводки управления, а также систем уборки-выпуска и управления шасси необходимо применять резервирование, на особо ответственных участках – многократное.
Для исключения заклинивания проводки управления следует применять в подвижных соединениях герметичные подшипники, в трансмиссиях – промежуточные карданы. Подвижные части крыла большого размаха необходимо делать состоящими из нескольких секций по размаху.
Что касается ремонтопригодности, то она входит в более общее свойство ЛА – эксплуатационную технологичность, включающую в себя как ремонтопригодность, так и приспособленность к оперативному обслуживанию. Эксплуатационная технологичность будет рассмотрена ниже.
Перейдем к рассмотрению долговечности.
Долговечность ЛА определяет период времени, в течение которого обеспечивается заданная безотказность. Среди факторов, ограничивающих долговечность ЛА, определяющим является усталость конструкции планера. К другим факторам относятся износ пар трения, коррозия металлических и деструкция неметаллических материалов. Два последних фактора влияют на долговечность даже, если ЛА не эксплуатируется. Поэтому долговечность является двупараметрическим свойством и характеризуется двумя типами количественных показателей – ресурсами и сроками службы.
Ресурсы и сроки службы делятся на:
· до первого ремонта (наработка, при достижении которой ЛА подлежит направлению на первый ремонт);
· межремонтный (наработка на период эксплуатации ЛА между двумя последовательными ремонтами);
· полный (наработка, при достижении которой ЛА не подлежит дальнейшей эксплуатации и ремонту).
Свойство конструкции сопротивляться усталости (сопротивляться повреждающему действию переменных повторяющихся напряжений) зависит от большого числа факторов. Поэтому основным способом подтверждения назначенного полного ресурса нового ЛА является проведение натурных усталостных испытаний.
Статистика показывает следующее распределение случаев усталостных разрушений по основным частям самолета:
· крыло с механизацией и пилонами двигателей – 53%;
· фюзеляж – 16%;
· хвостовое оперение – 12%;
· поверхности управления – 10%;
· шасси – 9%.
На сопротивление усталости силовых элементов планера в основном влияют повторно-статические нагрузки (f < 100 Гц). Высокочастотные нагрузки определяют усталость отдельных частей конструкции с тонкой обшивкой и нежестким подкрепляющим набором.
При сравнительном анализе материалов для деталей конструкции необходимы обоснованные данные о сопротивлении усталости полуфабрикатов сплава. Усталостная долговечность данного материала характеризуется зависимостью изменения циклического напряжения от числа циклов, которая называется кривой выносливости. Кривые выносливости отражают результаты испытаний образцов с отверстием (коэффициент концентрации – 2,6) данного материала на повторно-статическое отнулевое растяжение.
Рассмотрим конструктивные мероприятия по обеспечению заданной долговечности ЛА.
Снижение влияние местных концентраторов напряжений. Прежде всего, следует отметить, что долговечность ЛА определяется конструкторскими и технологическими решениями, заложенными в проекте. Существенное влияние здесь оказывает выбор конструктивно-силовой схемы крыла, фюзеляжа, оперения. Передача сил и моментов должна осуществляться плавно по большому числу элементов. Тогда влияние местных концентраторов напряжений будет минимальным.
Для снижения уровня концентрации напряжений в циклически нагружаемых силовых элементах необходимо:
· не допускать резких изменений площади поперечных сечений силовых элементов, малых радиусов переходов, острых кромок деталей и низкой чистоты поверхности;
· уменьшать местный изгиб растянутых поясов балок и монтажные напряжения растяжения;
· избегать совмещения нескольких концентраторов напряжений в одном сечении.
Повышение долговечности стыков. Около 85% усталостных разрушений планера происходит по стыкам. Поэтому особую роль играет повышение ресурса болтовых и заклепочных соединений. Для этой цели используются следующие мероприятия:
· поверхностное упрочнение отверстий крепежа путем дорнирования с натягом и последующим калиброванием разверткой, что увеличивает ресурс соединения в 2 раза;
· упрочнение отверстий местным глубоким пластическим деформированием в форме концентрических площадок или канавок с одновременным скруглением кромок отверстия с помощью обжимок;
· применение диаметрального натяга при установке болтов и заклепок. В результате взаимодействия напряжений от натяга и от внешних нагрузок уменьшается амплитуда действующих напряжений. При сборке болтовых соединений с натягом используется: запрессовка стационарными прессами и переносными пневмогидравлическими скобами, ударная запрессовка, а также конические болты с цилиндрической разрезной втулкой. При сборке заклепочных соединений с потайной головкой используются заклепки с компенсатором, обеспечивающие диаметральный натяг по всей длине отверстия, включая коническую зенкованную часть. Применяется также клепка стержнями;
· повышенная осевая стяжка пакета, при которой возникают значительные силы трения между деталями пакета, за счет чего болт или заклепка разгружаются от работы на срез;
· применение клее-клепанных и клее-сварных соединений, в которых силовые точки частично разгружаются из-за наличия клея или герметика, что приводит к снижению максимальных напряжений около заклепок и сварных точек.
Защита от коррозии обеспечивается с помощью антикоррозионных покрытий, исключением застойных зон конденсата путем рациональной компоновки и конструирования агрегатов планера, а также созданием системы дренажных трубопроводов и отверстий для удаления конденсата.
Однако в местах соединения элементов конструкции ЛА может возникнуть фреттинг-коррозия. Это явление развивается в условиях плотного контакта двух металлических поверхностей при микроперемещениях в процессе упругой деформации деталей. Основными мероприятиями по предупреждению фреттинг-коррозии являются: специальные покрытия, установка между соединяемыми деталями прокладок (в соединениях стальных и титановых деталей применяются прокладки из Д19АМ толщиной 0,5 мм, в соединениях деталей из алюминиевых сплавов используются прокладки из пропитанной воском бумаги).
Выбор материала элементов конструкции и пар трения. Физико-механические свойства материала в рабочем диапазоне температур должны обеспечивать максимальное значение показателя удельной прочности при циклическом нагружении для получения конструкции минимальной массы.
Материал деталей конструкции, распложенных в труднодоступных местах, должен обеспечивать отсутствие быстрого развития усталостных трещин в пределах ресурса до первого ремонта.
Для материала панелей герметичных фюзеляжей главными свойствами являются сопротивление усталости и вязкость разрушения, что должно обеспечивать отсутствие взрывного разрушения при воздействии избыточного давления. Теми же свойствами должен обладать материал нижних панелей кессона крыла, которые работают преимущественно на растяжение. Материал верхних панелей кессона, работающих преимущественно на сжатие (хотя они работают и на растяжение при посадке и движении по аэродрому), должен обладать также высоким значением предела пропорциональности, чтобы выдерживать высокие сжимающие нагрузки без потери устойчивости.
Особое внимание необходимо уделять рациональному выбору материала пар трения. Плохо работают такие пары трения как алюминиевый сплав по хрому, медный сплав по алюминиевому, никель по никелю, пластмасса по пластмассе, незакаленная сталь по незакаленной стали. Большое влияние на долговечность узлов трения оказывает выбор материала смазки.
Конструкция ЛА должна обладать и таким свойством как сохраняемость, т.е. должна быть приспособлена к длительному хранению и транспортированию автомобильным, железнодорожным и воздушным транспортом. Требования к консервации, режимам хранения и транспортирования излагаются в техническом задании. Там оговаривается и срок сохраняемости – календарное время хранения изделия в специально оговоренных условиях, в течение которого сохраняются его функциональные свойства и эксплуатационно-технические характеристики.
Живучесть
Живучесть ЛА можно условно разделить на боевую и эксплуатационную. Боевая живучесть характеризует способность ЛА сохранять работоспособное состояние при воздействии на него поражающих средств. Эксплуатационная живучесть – это свойство ЛА сохранять работоспособное состояние по условиям прочности при частичном или полном разрушении силовых элементов конструкции из-за воздействия нерасчетных условий эксплуатации (нагрузок, превышающих расчетные, усталостных или коррозионных повреждений, возникших в процессе эксплуатации либо в процессе изготовления и ремонта). В дальнейшем мы будем рассматривать только эксплуатационную живучесть.
Живучесть ЛА складывается из поражаемости и уязвимости. Поражаемость – это свойство ЛА, определяющее возможность воздействия на него нерасчетных условий эксплуатации. Уязвимость – это свойство ЛА, характеризующее степень его повреждения при условии воздействия нерасчетных условий эксплуатации.
Поражаемость количественно оценивается вероятностью воздействия на ЛА нерасчетных условий эксплуатации, а уязвимость – вероятностью нарушения работоспособности ЛА после воздействия нерасчетных условий эксплуатации.
Поражаемость гражданского самолета определяется в основном вероятностью воздействия на него нерасчетных вертикальных порывов ветра, грозовых разрядов и вероятностью разрушения элементов конструкции.
Мероприятиями, снижающими поражаемость, являются:
· увеличение удельной нагрузки на крыло и его стреловидности снижает вероятность поражающего воздействия вертикальных порывов ветра;
· установка на борту самолета соответствующего метеорадиооборудования и выбор режимов полета может снизить поражаемость грозовым разрядом;
· уменьшение вероятности усталостного разрушения силового элемента конструкции планера, а также вероятности возникновения коррозии.
Мероприятия, снижающие уязвимость гражданских ЛА, направлены на сохранения работоспособности их важнейших систем после воздействия нерасчетных условий эксплуатации. Одним из важнейших мероприятий является разработка безопасно повреждаемой конструкции планера.
Безопасно повреждаемые конструкции – это такие конструкции, которые сохраняют работоспособность при наличии повреждения. Повреждение может быть механическим, усталостным, коррозионным, износовым и др. Во всех случаях необходимыми условиями безопасного разрушения элементов конструкции является их резервирование, малая скорость развития разрушения (она должна падать по налету ЛА) и возможность контроля при периодическом обслуживании.
К безопасно повреждаемым типам конструкций относятся:
· статически неопределимые многостеночные конструкции крыла и оперения, а также статически неопределимые стержневые системы;
· агрегаты, собранные из отдельных панелей по хорде крыла или по периметру сечения фюзеляжа, трещины которых на передаются на соседние панели;
· панели, состоящие из двух листов по толщине;
· лонжероны, имеющие дополнительные пояса;
· ленты, приклеиваемые поверх обшивки в зоне шпангоута и нервюры, служащие дублирующими элементами и ограничителями развития трещин;
· двойные проушины стыковых узлов и кронштейнов навески агрегатов;
· двойные оси (одна внутри другой) навески подвижных частей крыла и оперения, двойные оси колес шасси;
· и др.
Специфическими требованиями, предъявляемыми к безопасно повреждаемым конструкциям, являются следующие:
· после усталостного или другого разрушения одного из основных силовых элементов конструкции не должно произойти катастрофического общего разрушения или чрезмерной деформации конструкции при эксплуатации в течение удвоенного налета между плановыми обслуживаниями;
· остаточная прочность конструкции должна превосходить максимальную эксплуатационную нагрузку.
Кроме повышения живучести безопасно повреждаемые конструкции, гарантирующие обнаружение повреждения при профилактическом обслуживании до его катастрофического развития, позволяют значительно повысить долговечность парка самолетов данного типа.
Легко видеть, что безопасно повреждаемые конструкции благотворно сказываются также на безопасности ЛА.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 1573; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!