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

1.3. Нагрузки и условия работы в полете агрегатов оборудования и систем самолета

К числу факторов, оказывающих влияние на надежность агрегатов оборудования и систем, в первую очередь, относятся механические нагрузки. Различают три вида механических на­ грузок: ударные нагрузки, вибрации и перегрузки. Под ударом понимают мгновенное приложение силы к агрегатам с последу­ ющим изменением скорости в течение короткого промежутка времени. Вследствие удара возникают колебания деталей с за­ тухающей амплитудой и собственной частотой. Процесс удара протекает в течение миллиили микросекунд. Его разделяют на две фазы — сжатие и восстановление. При сжатии центры тя­ жести элементов конструкции сближаются и кинетическая энер­ гия внешних сил переходит в потенциальную энергию деформа­ ции узлов и деталей. При восстановлении потенциальная энер­ гия упругой деформации преобразуется в кинетическую энергию отдельных элементов.

В упругих конструкциях возникают колебания с затухающей амплитудой на собственной частоте колебаний конструкции. Амплитуда колебаний отдельных узлов может быть значитель­ ной, достигать нескольких миллиметров и даже сантиметров (при резонансных и квазирезонансных явлениях).

При ударах в хрупких материалах конструкции появляются изломы и трещины. Кроме того, ускорения, вызываемые уда­ ром, передаются на все элементы конструкции и прочностные свойства отдельных узлов и деталей изменяются. В неупругих конструкциях в результате удара возникают деформации конст­ руктивных элементов. Ударные нагрузки на агрегаты оборудо­ вания и систем возникают в основном при посадках. При этом величина перегрузки может достигать 20 g. Это приводит к воз­ никновению внутренних напряжений в деталях и узлах и в конечном счете к снижению их прочности, а также нарушению1 надежности сочленения деталей.

Ударная нагрузка представляет собой случайную величину,, непрерывно изменяющуюся во времени, и для нее можно полу­ чить кривую распределения.

Вотличие от ударных нагрузок вибрационные нагрузки, сравнительно постоянны на определенных режимах полета и ре­ жимах работы двигателей.

Взависимости от режима полета и режима работы двигателя частота вибраций изменяется и отдельные узлы и блоки или элементы могут попадать в резонанс с возбуждающими коле­ баниями и приводить к быстрому преждевременному выходу из строя деталей и элементов оборудования.

Взависимости от конструкции отдельные детали агрегатов оборудования и систем могут испытывать вибрации с частотами до 5000 Гц. Амплитуды вибраций, как правило, невелики. Толь­

21

ко на некоторых типах летательных аппаратов, например на вертолетах, амплитуда вибраций может достигать нескольких миллиметров.

Величина вибраций (диапазон частоты и величины амплитуд смещений) агрегатов зависит от типа самолета (вертолета) и

их силовых установок, а также от зоны (фюзеляж, крыло, хвос­ товое оперение, кабина), в которой они установлены. Вибрации

чие от вибрационных сил, кото­ рые по направлению действия сил являются знакопеременными,

действие инерционных сил направлено в одну из сторон. Результат действия ударов, вибраций, а также сил инерции

принято выражать через ускорение. В этом случае действие

.22

внешних сил на агрегаты оборудования и систем характеризуют величиной ускорения /.

В ряде случаев воздействие внешних сил удобно характери­

где п — перегрузка.

Таким образом, коэффициентом перегрузки можно характе­ ризовать действие всех сил: инерционных, ударных и вибраци­ онных.

При посадке сухопутные самолеты испытывают перегрузку, которая может быть приближенно определена по формуле

где G — полетная масса самолета в кг.

Таким образом, при посадке летательного аппарата агрегаты оборудования и систем могут испытывать перегрузку не менее 2,6 g, а при грубых посадках до 6—8 g.

Возбуждающие силы, возникающие в полете, по-разному дей­ ствуют на различные части летательного аппарата, поэтому принято считать, что в нем образуется вибрационное поле.

Основным источником этого поля являются авиационные дви­ гатели.

Кроме нагрузок от внешнего воздействия, детали и узлы аг­ регатов оборудования и систем испытывают также высокие нагрузки от работы самих агрегатов.

Агрегаты систем современных самолетов при работе подвер­ гаются значительным нагрузкам. Так, обороты турбохолодиль­ ников системы кондиционирования кабины достигают 20—30 ты­ сяч оборотов в минуту, что приводит к высоким механическим и температурным нагрузкам их деталей, особенно подшипников. Значительным нагрузкам подвержены агрегаты других систем.

Гидравлические системы на современных летательных аппа­ ратах выполняют самые разнообразные операции; управление механизмами взлетно-посадочных приспособлений (шасси, поса­ дочных щитков и закрылков, тормозов колес и т. д.), управле­ ние механизацией входных и выходных каналов двигателей, открытие и закрытие створок люков, управление воздушными тормозами. В ряде случаев гидравлические системы применя­ ются для перемещения антенн радиолокационных станций и т. д. В системе управления летательным аппаратом гидравличе­ ские системы получили преимущественное применение. Все

23

большее применение находят комбинированные гидравлические и электрогидравлические агрегаты.

Гидравлические и топливные системы характеризуются высо­ кими рабочими давлениями жидкостей. Это вызвало увеличение нагрузок на детали агрегатов этих систем (рис. 15).

В настоящее время, как правило, применяются насосы пере­

Рис. 15. График изменения переменных напряжений в тру­ бопроводах двигателя при его работе на земле:

/—*в основной гидросистеме; 2—в системе гидроусилителя

В условиях летной работы воздействие температуры на агре­ гаты оборудования и систем носит циклический характер. Мак­ симальная температура нагрева отдельных агрегатов, установ­

до —50° С. Наблюдаемая интенсивность перепадов температуры может быть самой различной и зависит от времени набора вы­ соты, скорости полета, размещения агрегатов на самолете и пе­ риодичности их включения в работу.

С точки зрения условий работы и подверженности воздейст­ вию внешних факторов агрегаты систем планера самолета, сило­ вых установок и оборудования можно разделить на четыре группы:

—агрегаты, установленные в герметической кабине;

—агрегаты, расположенные вне герметической кабины (в

крыле, фюзеляже и т. д.) и не подвергающиеся нагреву от двига­ теля и других агрегатов силовой установки;

— агрегаты, установленные в двигательных отсеках, отсеках, расположенных вблизи форсажных камер, а также агрегаты

24

систем, в которых циркулирует рабочая жидкость с относитель­ но высокими температурами;

— агрегаты, работающие в условиях искусственного климата. Приборы и агрегаты, установленные в герметической кабине, работают большую часть времени при температуре 20±5°С. При этом перепад температур при эксплуатации не превышает

обычно 60—70° С.

Агрегаты систем, размещенные внутри отсеков конструкции планера и не нагревающиеся от силовых установок и форсаж-

Г

f =330Гр

РСр=2172Н/смг

Рср=185Н/см2

Рис. 16. Осциллограмма с записью пульсации давлений в гидросистеме са­ молета

ных камер, в зависимости от места установки могут подвергать­ ся воздействию различных перепадов температур.

Наибольшему перепаду температур подвержены узлы и де­ тали, установленные снаружи или вблизи обшивки летательного аппарата, обдуваемой встречным потоком воздуха.

Агрегаты, не подверженные аэродинамическому нагреву или нагреву от силовых установок и форсажных камер, могут под­

температуры при полетах со сверхзвзуковыми скоростями может достигать до 50° С в минуту (рис. 17).

Обеспечение больших скоростей и высот полета требует вы­ сокой энерговооруженности самолетов. С ростом мощностей си­ ловых установок увеличивается количество выделяемого ими тепла, усложняются температурные условия элементов конст­ рукции и оборудования самолетов, ухудшаются их характери­ стики.

Особенно большие температуры возникают в отсеках двига­ телей и форсажной камеры. Температура воздуха, обдувающего цилиндры управления реактивным соплом, может достигать 400° С и более. При опробовании двигателей на земле темпера­ тура в отсеках фюзеляжа, если там установлены двигатели,

25