Файл: Конструкция летательных аппаратов учебник..pdf

Во втором, основном и наиболее длительном периоде экс­ плуатации возникают внезапные отказы планера (разрушение летательного аппарата из-за случайного превышения расчет­ ных нагрузок в полете или на посадке, появление пластических деформаций крыла при превышении эксплуатационных нагру­ зок, возникновение флаттера стабилизатора из-за обрыва ба­

лансира и др.). Вероятность возникновения постепенных отка­ зов в этот период мала.

Третий период характеризуется резким увеличением отказов по старению конструкции. Поэтому этот период называется пе­

отказов нарастает из-за наличия скрытых дефектов конструк­ ции и неумелой эксплуатации. Затем, по мере выявления и уст­ ранения этих дефектов и приобретения опыта эксплуатации ин­ тенсивность отказов снижается'и во втором периоде нормаль­ ной эксплуатации (фиг. 19.1,11) она примерно постоянна. В период старения (фиг. 19.1, III) интенсивность отказов резко увеличивается.

Летательный аппарат имеет ряд частей и систем, отказы которых в полете могут привести к аварии или катастрофе и существенно снизить безопасность полетов. К таким частям и системам относятся планер, шасси, силовые установки и топ­ ливные системы, системы управления, энергоснабжения и др. Надежность этих частей и систем и безопасность полетов оцени­ ваются по известным методикам. Планер летательного аппарата является особо ответственной частью, так как разрушение пла­ нера в полете приводит почти всегда к аварии или катастрофе. Поэтому для обеспечения высокого уровня безопасности полетов вероятность возникновения отказов с опасными последствиями планера должна быть ничтожной. Это достигается совершенст­ вованием методов расчета и испытания конструкции и техноло­ гии ее производства, правильным назначением эксплуатацион­ ной перегрузки и коэффициента безопасности, исключением возможности разрушения по флаттеру и другим видам колеба­

456

ний, введением в случае необходимости системы ограничений по прочности и жесткости планера (ограничение скорости полета по бафтингу, реверсу элеронов, нагреву и т. п.) и строгим соблю­ дением этих ограничений в эксплуатации.

При использовании всех этих мер возможность возникно­ вения опасных приработочных и внезапных отказов практиче­ ски исключена. Что касается постепенных отказов, то исклю­ чить их конструктивно-производственными способами сложнее. Радикальным способом увеличения ресурса является создание конструкции, рассчитанной на повышенные значения коэффи­ циентов безопасности. Однако увеличение коэффициента безо­ пасности f приводит к резкому увеличению веса летательного аппарата. При принятых в нормах прочности значениях 1,5-ьЦ ресурс летательного аппарата обычно получается меньше вре­ мени его морального старения. Поэтому эксплуатация летатель­ ного аппарата сверх его ресурса, когда безопасность полетов резко снижается, недопустима. Отсюда видна важность зна­ ния ресурса. Знание ресурса позволяет правильно спланиро­ вать его расход в процессе эксплуатации, своевременно выпол­ нять профилактику и принять решение на списание летатель­ ного аппарата. Наконец, знание ресурса позволяет также обос­ новать потребное дополнительное количество летательных аппа­ ратов для компенсации их убыли по старению. Естественно, что в грамотном использовании и расходовании ресурса Аппа­ рата большая роль принадлежит личному составу, эксплуати­ рующему парк летательных аппаратов.

439. Рассмотрим подход к определению ресурса. Наработка летательного аппарата, начиная с которой количество посте­ пенных отказов может резко увеличиться, является случайной величиной. Для одного летательного аппарата период интен­ сивного старения наступает раньше, для другого (но того же типа) — позже. Это объясняется разбросом свойств конструк­ ции одного и того же типа и случайностью величины и чере­ дования действующих в эксплуатации нагрузок. Неслучайны­ ми характеристиками долговечности являются гарантийное и среднее время работы планера (гарантийный и средний ресурс).

Гарантийный ресурс Ггар, а также средний ресурс Т0 мо­ гут быть определены, если имеются в распоряжении вероятно­ стные характеристики процесса старения планера. Распределе­ ние времени т безотказной работы элементов планера, подвер­ женных старению, подчиняется нормальному (или нормальнологарифмическому) закону. Предположим, что известны харак­

457

тательного аппарата определяется методом последовательных приближений обычно в два этапа. На первом этапе в процессе проектирования и постройки опытного образца летательного ап­ парата определяется начальный ресурс, который, как правило,

принимается равным гарантийному. На втором этапе на основа­ нии опыта эксплуатации и специальных исследований устанавли­ вается предельный ресурс, превышение которого с высокой веро­ ятностью может привести к разрушению конструкции. Для это­ го несколько летательных аппаратов-лидеров с различным на­ летом (меньшим Ггар) снимаются с эксплуатации и подвер­ гаются испытаниями на выносливость. При этом определяется количество циклов повторных нагрузок ]\1иал, при которых кон­

458

струкция разрушается. Полагая, что снижение статической вы­ носливости элементов конструкции планера пропорционально налету аппарата т, по полученным точкам проводится прямая,

нагрузок, при которых разрушается конструкция летательного

этом методе определения ресурса является знание начального ресурса Ггар, в течение которого аппараты-лидеры могут га­ рантийно эксплуатироваться до испытаний.

Начальный ресурс опытных образцов находится с помощью расчетно-экспериментального метода. Он базируется на знании повторяемости нагрузок различных видов, действующих на ле­ тательный аппарат в процессе его эксплуатации, и характери­ стик выносливости элементов конструкции планера.

§ 19.2. ПОВТОРЯЕМОСТЬ НАГРУЗОК ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

440. Летательный аппарат в процессе эксплуатации перио­ дически нагружается различными по величине и времени дей­ ствия нагрузками. Максимальные из них, но сравнительно редко встречающиеся, учитываются при расчете статической прочно­ сти конструкции. Однако аппарат может разрушиться и при меньших, но часто повторяющихся нагрузках, при исчерпании усталостного ресурса. По частоте приложения эти нагрузки де­ лятся на повторные и переменные.

К повторным относятся нагрузки от порывов ветра (с часто­ той 0,3-ь 5 Гц) и маневренные (5—20 раз за полет), а также нагрузки, возникающие при посадке и движении по неровному аэродрому (с частотой 1—45 Гц) и при герметизации и раз­ герметизации кабины (1 раз за полет).

К переменным относятся вибрационные (с частотой 20—

500 Гц) и акустические нагрузки (с частотой 100—10000 Гц). Более опасными с точки зрения усталости являются повтор­ ные нагрузки, так как величины их больше переменных. Вместе с тем наличие переменных нагрузок усложняет условия рабо­ ты конструкции и приводит к снижению ресурса. Степень влия­ ния различных видов повторных нагрузок на ресурс зависит от типа летательного аппарата. Для неманевренных самолетов ос­ новную роль играют нагрузки от порывов ветра и нагрузки, воз­ никающие при посадке и движении по неровному аэродрому;

для истребителей, как правило, — маневренные.

459