Файл: Соломонов, П. А. Надежность планера самолета.pdf

надежности изделий является повышение надежности его составных элементов. Одним из путей повышения надежности авиационной техники является совершенствование методов рас­ чета на базе проведения научных исследований, испытательных

иисследовательских работ и использования опыта эксплуатации

иремонта. Важное значение в обеспечении надежности каждого элемента конструкции имеет правильный выбор материала и конструктивных форм в зависимости от условий работы элемен­ та, нагрузок и факторов, определяющих его износ или разруше­ ние. Большинство деталей и агрегатов самолетов подвергаются механическому истиранию, тепловому разрушению, разрушениям от статических ударных, динамических вибрационных нагрузок,, подвергаются коррозии и действию других факторов. Примене­

ние при изготовлении агрегатов и деталей планера самолета, силовых установок, агрегатов оборудования и систем высоко­ прочных материалов, обладающих повышенной чувствительно­ стью к концентрации напряжений и колебаниям в технологиче­ ском процессе при усложнении спектра нагрузок, .увеличении срока службы, интенсивности эксплуатации, требует повышенно­ го внимания, а зачастую и нового подхода к проектированию силовых конструкций.

Поэтому одним из обязательных условий обеспечения надеж­ ности конструкции является правильный выбор материалов.. Кроме учета механических, электрических, химических и терми­ ческих свойств материалов, необходимо учитывать также посто­ янство их свойств. Особое внимание необходимо, когда выбор материала определяется комбинацией механических, физических и электрических свойств. Следует тщательно оценивать предпо­ лагаемые условия работы материала, детали, элемента или са­ молета в целом, а также влияние способа обработки на свойства материала.

Успехи авиационной техники были всегда связаны с прогрес­ сом в области изыскания более прочных, стойких и легких ме­ таллических, а также неметаллических материалов.

Требования, предъявляемые к материалу, в зависимости от условий его работы, характера механического нагружения, тем­ пературы и воздействия среды могут быть различными. Для изготовления, например, лонжеронов самолета требуется мате­ риал, обладающий большой жесткостью и статической прочно­ стью; валы авиационных двигателей изготовляются из матери­ ала, хорошо сопротивляющегося ударному и знакопеременному нагружению; для лопаток газовой турбины реактивного двига­ теля требуется материал высокой жаропрочности; при изготов­ лении подшипников авиадвигателя используется антифрикцион­ ный материал, не дающий при эксплуатации большого износа и обеспечивающий нормальную смазку. В связи с развитием жид­ костных реактивных двигателей появилась необходимость в ма­ териалах, стойках к действию сильных кислот, например,

8Т

Целый ряд деталей самолетов и авиационных двигателей из­ готовляется из пластических материалов, которые должны обла­ дать специальными свойствами: прозрачностью, электроизоля­ ционными качествами, малой теплопроводностью, высокими функциональными свойствами, эластичностью и непроницаемо­ стью для жидкостей и газов, высокой механической стойкостью. К таким материалам относятся плексиглас, стеклотекстолит, гетинакс, полиэтилен, полистирол, пенопласты, асботекстолит, по­ лихлорвинил, фторопласт, резина, дельта-древесина и др.

Все приведенные выше примеры показывают, что в настоя­ щее время характерно резкое дифференциальное применение материалов в зависимости от конкретных условий эксплуатации.

ления деталей, подвергающихся динамическому или знакопере­ менному нагружению, а также для деталей, работающих при высоких температурах, так как их прочность в этих условиях не­ достаточна. Магниевые сплавы рекомендуется использовать для деталей, работающих в обычных атмосферных условиях. Одна­ ко при воздействии, например, морской воды они быстро разру­ шаются, поэтому без специальной защиты применяться не мо­ гут. Следовательно, при изучении свойств металлов и сплавов надо учитывать условия эксплуатации, т. е. характер механиче­ ского нагружения изделия, температуру, состав и свойства внеш­ ней среды.

Кроме перечисленных выше широко распространенных ме­ таллов и сплавов, получены и используются новые металлы и сплавы. В последние годы нашли практическое применение ти­ тан, ниобий, хром, молибден, вольфрам. Разработка сплавов на их основе была одним из основных условий нового качественно­ го скачка авиационной техники. В современных конструкциях летательных аппаратов находят все большее применение неме­ таллические материалы. Разработанные в последние годы на ос­ нове эпоксидных, кремнийорганических, полиэфирных смол но­ вые стеклопластики и их модификации отличаются повышенной теплостойкостью, а по удельной прочности превосходят многие высокопрочные авиационные стали и сплавы. Пластмассы все шире используются как заменители дефицитных бронз и лату­ ней, а в ряде случаев качественных сталей. Одновременно пла­

88

стмассы благодаря целому ряду присущих им особых свойств во многих случаях являются не заменителями, а вполне само­ стоятельными высокоценными материалами. Примером могут служить десятки тысяч различных деталей самолетов, изготов­ ленных из конструкционных пластических масс, органического стекла и резины.

В последнее время нашли применение композиционные ма­ териалы. Это гетерогенная структура, состоящая из двух разно­ родных композиций: матриц, заполняемых волокнами из раз­ личных материалов, и наполнителя (например, бора или стекло­ волокна) .

Переход к высокопрочным и композиционным материалам приводит к снижению массы и увеличению прочностных характе­ ристик конструкций. Применяя материалы нового типа — ком­ позиционные материалы — в ближайшие годы реально можно будет увеличить прочность и жаропрочность в несколько раз. Для повышения эксплуатационных характеристик материалов в процессе проектирования должна быть предусмотрена антикор­ розионная защита от фретинга, должны также использоваться покрытия, улучшающие электропроводные, теплопроводные и антифрикционные свойства, назначаться технологические при­ емы, повышающие механические характеристики материалов (поверхностный наклеп, термическая обработка, напыление твер­ дых сплавов и т. д.).

Кроме выбора материала, большое значение имеет примене­ ние известных принципов проектирования с учетом обеспечения необходимой надежности. Одним из таких принципов является проектирование' -конструкций повышенной надежности. При этом даже самая низкая надежность элементов конструкции должна быть выше требуемой надежности всей конструкции. Однако использование этого принципа ведет к значительному утяжелению конструкций. И все же для некоторых элементов конструкции (лопасти вертолетов, лопатки компрессора, турбин двигателей и т. д.) этот принцип является одним из обязатель­ ных. Другим важным условием /конструирования является соз­ дание силовых конструкций, рассчитанных на безопасное разру­ шение. К такому типу относятся статически неопределимые конструкции, имеющие несколько основных силовых элементов, воспринимающих нагрузки. В случае разрушения или поврежде­ ния каких-либо элементов в конструкциях такого типа нагруз­ ки воспринимаются другими элементами. Этот тип конструкции обычно применяется в жизненно важных агрегатах, подвержен­ ных действию переменных нагрузок сложного спектра. Наибо­ лее характерным примером таких конструкций являются многолонжеронные конструкции крыльев и фюзеляжей самолетов.

В некоторых случаях используют принцип создания силовых конструкций со «слабым» звеном. «Слабый» элемент должен быть выбран таким образом, чтобы разрушение его происходи-

89

до медленно и легко поддавалось контролю. Появление повреж­ дений этих элементов указывает на снижение прочностных ха­ рактеристик основных агрегатов конструкции. Следовательно, при появлении повреждений необходимо более тщательно конт­ ролировать состояние основных силовых элементов конструкции. Многие ответственные силовые конструкции могут быть выпол­ нены со встроенной сигнализацией, извещающей о нарушении целостности их элементов. В качестве примера можно привести

•сигнализацию, предупреждающую о появлении усталостных трещин в лонжероне несущей лопасти вертолета. Лонжерон ло­ пасти несущего винта имеет полую конструкцию. Полость лон­ жерона заполняется воздухом под небольшим избыточным дав­ лением и через манометр сообщается с сигнализатором. При появлении усталостной трещины в лонжероне давление в поло­ сти падает и загорается красная лампочка сигнализатора.

В некоторых случаях на труднодоступные элементы конструк­ ции может быть наклеена изолированная от конструкции прово­ лока, имеющая статическую выносливость, близкую к статиче­ ской выносливости этих элементов. Используя специальные выводы, можно «прозванивать» эти проводники и таким обра­ зом контролировать состояние элементов конструкции.

Для надежной работы элемента конструкции очень важен выбор его конструктивных, геометрических форм. Элементы кон­ струкции или системы по возможности должны быть равнопроч­ ными и свободными от концентраторов напряжений. Так как в большинстве случаев этого добиться не удается, элементам при­ даются формы, смягчающие действие концентраторов напря­ жений.

Большое значение для обеспечения надежности имеет выбор оптимальной схемы систем изделия. Схема по возможности должна быть наиболее простой. Элементы системы должны быть рассчитаны на работу в условиях, обеспечивающих их нормаль­ ное, надежное функционирование (ударные нагрузки, вибрации, температура, ее перепады, давление, его перепады, влажность и т. д.). Большое внимание должно быть уделено оптимальным температурным режимам, распределению температурных полей, разработке систем охлаждения.

При разработке систем целесообразно предусмотреть на­ стройку и контроль объективными и по возможности автомати­ зированными средствами. С этой целью системы снабжают спе­ циальными отводами для присоединения аппаратуры настройки и контроля. Во многих случаях необходимо предусматривать самоконтроль и самонастройку систем, выдачу информации

орежимах работы и возникших неисправностях, а иногда даже

ипрогнозирование возможных отказов.

При конструировании важен выбор допусков, обеспечиваю­ щих безотказную работу элементов систем в течение заданного периода работы. К ним относятся допуски на геометрические

90