Файл: Н. Смирнов, Ю. М. Чинючин, С. П.pdf

- 19 - тивным наземным средствам обеспечении полета или при необходимости должно быть обеспечено специальными для данного типа ВС средствами.
В числе ожидаемых условий эксплуатации, связанных с инженерно- авиационным обеспечением полетов, указываются состав и характеристики средств, используемых для технического обслуживания ВС в целях поддер- жания его в исправном и работоспособном состоянии в соответствии с уста- новленными нормативами.
В состав ожидаемых условий эксплуатации включаются минимумы для взлета и посадки. Они характеризуют метеорологические условия, в которых должна быть предусмотрена возможность безопасного выполнения указан- ных этапов полета.
Минимумы для взлета и посадки устанавливаются для аэродрома и ко- мандира ВС. Они существенно зависят от состава используемого оборудова- ния, летно-технических характеристик ВС на режимах взлета и посадки, па- раметров аэродрома и квалификации экипажа ВС.
В качестве ожидаемых условий эксплуатации изготовителем должен быть разработан перечень топлив и масел, других жидкостей и газов, необхо- димых для обеспечения нормальной эксплуатации ВС с учетом особенностей конструкции его систем и агрегатов.
Допустимые параметрыирежимыполета включают в себя: высоты полета, горизонтальные и вертикальные скорости, перегрузки, углы атаки и скольжения, крена и тангажа.
В качестве ожидаемых условий эксплуатации по параметрам (режи- мам) полета рассматриваются эксплуатационные и предельные ограничения параметров и режимов полета ВС, а также рекомендуемые режимы полета.
Для конкретного типа ВС ожидаемые условия эксплуатации по пара- метрам полета будут сугубо индивидуальными в зависимости от его назначе- ния, особенностей конструкции и летных характеристик.
Глава 2. Основныефакторысохранениялетной годностиВС
2.1. ЭксплуатационнаяживучестьконструкцииВС
В соответствии с современными нормами летной годности конструк- ция ВС должна обладать эксплуатационной живучестью. Исключения со- ставляют только те элементы и детали конструкции, в отношении которых требования эксплуатационной живучести практически невыполнимы.
Конструкция ВС должна быть спроектирована таким образом, чтобы при эксплуатации обеспечивался высокий уровень ее безопасности по усло- виям прочности.
Под безопасностью конструкции по условиям прочности подразумева- ют как свойство самой конструкции, так и способы поддержания ее прочно- сти при длительной эксплуатации
[
12
]

- 20 -
Оценка безопасности конструкции по условиям прочности должна по- казать, что в пределах установленного назначенного ресурса (срока службы) в ожидаемых условиях эксплуатации практически невероятны аварийные и катастрофические ситуации из-за усталости конструкции, повреждения кор- розией и случайных факторов.
Безопасность конструкции по условиям прочности обеспечивается:
•
соответствующей конструкцией ВС;
•
технологическими процессами изготовления ВС;
•
техническим обслуживанием и ремонтом;
•
выполнением бюллетеней по доработкам;
•
соблюдением установленных правил и условий эксплуатации.
Она подтверждается:
•
результатами соответствующих расчетов;
•
исследованием фактических условий эксплуатации, в том числе ха- рактеристик среды и действующих нагрузок;
•
результатами прочностных испытаний;
•
результатами лабораторных и стендовых испытаний конструкций основных компонентов ВС, их частей и материалов;
•
опытом эксплуатации ВС данного типа и (или) ВС аналогичных ти- пов.
В настоящее время при создании конструкции ВС реализуются три ос- новных принципа (подхода) обеспечения ее безопасности по условиям проч- ности:
•
безопасный ресурс (срок службы);
•
безопасность разрушения (отказа);
•
допустимость повреждения.
Последние два из указанные принципов объединяются обобщенным термином «эксплуатационная живучесть».
Схемы нагружения конструкции, используемые в расчетах при разных принципах проектирования, упрощенно, проиллюстрированы примерами на рис. 1. При этом предполагается, что конструкция в процессе эксплуатации должна выдержать предельную нагрузку, равную 100 кг. Учитывая требова- ния норм летной годности, расчетная статическая разрушающая нагрузка в этих примерах будет 150 кг.
Конструкция, показанная на рис. 1а проектируется на заданный безо- пасный ресурс (срок службы), в течение которого гарантируется, что практи- чески не будут возникать усталостные трещины. Все критические по устало- сти зоны должны быть выявлены при лабораторных прочностных испытани- ях и доработаны. Возможные коррозионные повреждения конструкции должны выявляться и устраняться при проведении технического обслужива- ния и ремонта.
В конструкции, представленной на рис. 1б реализуется принцип безо- пасного разрушения (отказа), причем ее статическая прочность должна быть такова, чтобы при разрушении (отказе) одного из элементов оставшиеся

- 21 - должны выдерживать предельную нагрузку. Ключом к безопасной эксплуа- тации такой конструкции является достаточная величина остаточной прочно- сти после полного разрешения одного из элементов конструкции планера.
Принцип безопасного разрушения находит широкое применение и при проектировании функциональных систем ВС. Надежная работа этих систем при отказах отдельных элементов (агрегатов) обеспечивается за счет резер- вирования (параллельного соединения) наименее надежных элементов. Га- рантия безопасности в этом случае основывается на уверенности в том, что любые безопасные отказы элементов (агрегатов) функциональных систем будут своевременно обнаружены и устранены.
Конструкция, изображенная на рис. 1в, спроектирована по принципу безопасного допустимого повреждения. Условно она представляет собой пластину, статическая прочность которой без трещины составляет 150 кг.
Допустимый размер трещины определяется условием – остаточная прочность должна быть достаточной для восприятия максимальной эксплуа- тационной нагрузки
(100 кг), т.е. не менее 2/3 начальной по требованиям норм летной годности.
Материал и структура такой конструкции должны обеспечивать как малую скорость развития трещины, так и возможность ее обнаружения при техниче- ском обслуживании. Гарантия безопасности основывается на уверенности в том, что любые усталостные трещины и коррозионные повреждения будут выявлены раньше, чем они достигнут критических размеров.
Рис. 1. Схемы нагружения конструкций при разных принципах проектирования: а) безопасный ресурс (срок службы); б) безопасное разрушение
(отказ); в) безопасное допустимое повреждение.
При анализе безопасности конструкции, по условиям прочности разли- чают (рис. 2):
•
основную силовую конструкцию;
•
основные силовые элементы;
Конструкция способна вы- держать 150 кг
100 кг а)
Критическая трещина
Новая конст- рукция вы- держивает
150 кг
Поврежден- ная конст- рукция вы- держивает
100 кг
Элементы конструкции выдержива- ют по 150 кг каждая
100 кг б)
100 кг в)

- 22 -
•
особо ответственные конструктивные элементы;
•
критические места конструкции
Рис. 2. Классификация элементов конструкции планера ВС
Важнейшей задачей является произвести отбор составных частей и элементов конструкции ВС, относящихся к критическим местам конструк- ции. Перечень критических мест разрабатывается при проектировании ВС и уточняется по результатам лабораторных испытаний и опыта эксплуатации.
При отборе составных частей и элементов конструкции для включения их в перечень критических мест используются следующие основные критерии:
•
условия нагружения;
•
последствия трещинообразования;
•
возможность проведения осмотра;
•
возможность повреждения в нескольких местах;
•
конструкционная избыточность;
•
возможность возникновения коррозии.
Конструкция с до- пустимым повреж- дением
Конструкция с безо- пасным ресурсом
Особо ответственные элементы
Критические места конструкции
Конструкция с однопутным нагружением
«Не силовая» конструкция
Основные силовые элементы
Основная силовая конструкция
Планер
Конструкция с безо- пасным разрушени- ем
Конструкция с много- путным нагружением

- 23 -
Оценки характеристик допустимости повреждения (живучести) состав- ных частей и силовых элементов конструкции должны быть основаны на тщательно отобранной информации, включая результаты анализа, испытаний и опыт эксплуатации, а также - специальных проверок и осмотров, которые могут быть предусмотрены для данной типовой конструкции. По этой ин- формации можно судить о месте или местах возможного появления трещин в каждой составной части или силовом элементе конструкции, а также о нара- ботке или числе полетов, по достижении которых это может произойти.
Необходимо определить характеристики скорости развития поврежде- ний, а также их влияние на прилегающие составные части в плане взаимо- действия, ведущего к более быстрому или более обширному повреждению.
Этот анализ должен включать места возможного образования трещин, вызы- ваемых усталостью, коррозией, коррозией под напряжением, износом, от- клеиванием, случайным повреждением, производственными дефектами или другими недостатками в тех зонах, которые по результатам опыта эксплуата- ции или оценки конструкции считаются наиболее уязвимыми.
Необходимо определить минимальный размер повреждения, который практически можно обнаружить, и предлагаемые методы контроля, а также число полетов, необходимых для того, чтобы трещина развилась от поддаю- щегося обнаружению размера до допустимого окончательного размера по- вреждения, таким образом, чтобы конструкция имела остаточную прочность, соответствующую условиям допустимого повреждения (0,67 от начальной прочности).
При выборе предлагаемых методов контроля должны быть рассмотре- ны: а) визуальный осмотр; б) неразрушающий (инструментальный) контроль; в) анализ данных встроенных бортовых устройств мониторинга нагружений и дефектов.
Постоянная оценка целостности конструкции может выявить более су- щественные повреждения, чем те, которые возможно рассматривались при первоначальной оценке ВС, такие, как: а) множество мелких близко расположенных трещин, каждая из кото- рых может быть короче минимальной обнаруживаемой ее длины, внезапно превратившихся в одну длинную трещину; б) разрушения или частичные повреждения в других местах конструк- ции, возникающие в результате перераспределения нагрузок вследствие пер- воначального разрушения и приводящие к ускоренному развитию усталости; в) одновременные разрушения или частичные повреждения элементов с множественными путями передачи нагрузок (например, проушин, планок или ограничителей роста трещин), работающих с одинаковым уровнем на- пряжений; г) очаги коррозии в других местах конструкции.
Возникающие в процессе эксплуатации повреждения конструкции рег- ламентируются в соответствующих нормативных документах.
Безопасность конструкции с допустимыми повреждениями достигается системой контроля ее состояния. Поэтому главной целью анализа допусти-

- 24 - мого повреждения является оценка контролепригодности силовых элементов конструкции и программы их осмотра в процессе эксплуатации, особенно в зонах вероятного возникновения усталостных и коррозионных повреждений, а также в зонах повреждения случайными нагрузками в эксплуатации [13].
Программа осмотров должна определять частоту осмотров, условия их проведения и средства контроля (в том числе инструментального). Частота
(периодичность) осмотров силовых элементов конструкции должна опреде- ляться на основе оценки времени роста повреждения (трещины) от мини- мального, но надежно обнаруживаемого размера, до предельного. Необходим возможно медленный рост этих повреждений с тем, чтобы требуемая частота осмотра (инструментального контроля) была приемлемой для системы тех- нического обслуживания и ремонта ВС.
Успешная реализация принципа эксплуатационной живучести предпо- лагает высокий уровень эксплуатационной технологичности и контролепри- годности конструкций ВС [14].