книги из ГПНТБ / Соломонов, П. А. Надежность планера самолета

П. А. СОЛОМОНОВ

НАДЕЖНОСТЬ

ПЛАНЕРА

САМОЛЕТА

Москва

« М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е :

1974

Ч И ТАЛЬН О ГО ЗА ЛА

Л?

ч м - з м ц

Соломонов П. А. Надежность планера самолета. М., «Машинострое­ ние», 1974, 320 с.

В книге изложены проблемы надежности и долговечности самолетов и их систем. Рассмотрены особенности нагрузок, воспринимаемых элемента­ ми конструкции планера, описаны условия работы агрегатов, оборудования и систем самолетов. Приведены характеристики надежности и долговечно­ сти систем самолетов. Даны основные понятия о критериях безопасности полета. Изложено содержание работ, выполняемых с целью оценки и обеспечения надежности и технического ресурса самолетов на этапе их создания и в процессе испытаний. Приведены основные методы исследова­ ния отказавших агрегатов.

Книга предназначена для инженеров авиационной промышленности. Она может быть также полезна студентам авиационных вузов.

Табл. 3, ил. 131, список лит. 31 назв.

Рецензент д-р техн. наук, проф. С. А. Алексеев

С 31808—166 166—74 038(01)—74

© Издательство «Машиностроение», 1974 г.

ВВЕДЕНИЕ

Под качеством технического устройства понимается совокуп­ ность свойств, определяющих степень его пригодности для ис­ пользования по назначению. Весьма важными показателями ка­ чества являются надежность, долговечность и эксплуатационная технологичность. Требования к качеству изделий зависят от их назначения. К большинству изделий промышленного производ­ ства, средствам механизации и автоматизации производственных

Рис. 1. График экономической целесообразности повышения качества изделий:

/—стоимость, полученная в процес­ се эксплуатации; 2—рентабель-

ность; 3—стоимость производства; 4—оптимальное качество

процессов предъявляются требования оптимального качества с учетом их экономичности (рис. 1). Требования к надежности этих изделий, как правило, значительно ниже, чем к надежности авиационной техники и в основном определяются экономическим эффектом их использования. К авиационной технике, судам и другим объектам, связанным с обеспечением безопасности лю­ дей, предъявляются требования особенно высокой надежности.

Каждому техническому устройству свойственны показатели качества присущие только ему. Изделия авиационной техники

имеют характерные только для них показатели качества. Так, для гидравлических насосов такими показателями являются максимальное давление, производительность, изменение ее в за­ висимости от давления и температуры жидкости на входе, для

элементов конструкции планера и силовых установок— статиче­ ская прочность и статическая выносливость, противокоррозиопная стойкость, относительное удлинение и т. д. Для авиацион­ ного двигателя наиболее важными показателями являются тяга, расход горючего, удельная масса, ресурс и т. д., для самолета в целом — максимальная скорость, потолок, длина разбега и про­ бега, грузоподъемность, дальность полета и т. д.

Однако, кроме указанных характеристик, существует харак­ теристика качества, определяющая способность, изделий авиаци­ онной техники работать с высокой степенью безотказности, обес­ печивать быстрое обнаружение и устранение отказов с неболь­ шими трудозатратами. Этой характеристикой является надеж­

технических характеристик на земле и в воздухе в установлен­ ных пределах в течение заданного времени или налета (наработ­ ки). Надежность — неотъемлемый показатель качества любой машины, любого технического устройства. Если техническое уст­ ройство не обладает необходимой надежностью, то все остальные

4

Глава I

НАГРУЗКИ И УСЛОВИЯ РАБОТЫ АГРЕГАТОВ И СИСТЕМ САМОЛЕТА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА НАДЕЖНОСТЬ

1.1. Особенности нагрузок и условий работы агрегатов и систем

самолета

Агрегаты и детали планера самолета, силовых установок, их систем и оборудования работают в специфических условиях, значительно отличающихся от условий работы наземных техни­ ческих устройств. Во-первых, условия работы агрегатов и дета­ лей современных самолетов значительно усложнены (вибрация, температура, давление), повышены величины и количество дей­ ствующих нагрузок [8]. Во-вторых, специфичность условий ра­ боты агрегатов и деталей самолета заключается в быстрой сме­ не действующих на них факторов (во времени и пространстве),

ском обслуживании), в которых может находиться самолет, на его агрегаты и детали действует специфическая для данного состояния группа факторов, причем степень влияния этих фак­ торов может оказаться различной.

В полете на агрегаты и детали самолета действуют эксплуата­ ционные факторы, связанные с особенностями применения само­

ские нагрузки, аэродинамический нагрев и нагрев от силовых ус­ тановок, давления, электрические нагрузки. Климатическими факторами, действующими в зоне полета, являются температу­ ра, влажность, атмосферное давление, их изменения и перепады.

чества и манеры пилотирования. Факторы, действующие в по­ лете, зависят от типа самолета, его конструктивных особенностей, а также особенностей и условий эксплуатации.

7

К факторам, действующим на самолет на земле, относятся климатические факторы (температура — ее суточные и годовые колебания, влажность и атмосферное давление, агрессивные среды), биологические факторы (плесень, насекомые, грызуны), а также временные факторы (разложение сложных веществ, из­ менение свойств материалов, окисление материалов, коррозия металлов). Временные факторы по характеру воздействия на агрегаты оборудования и систем можно выделить в отдельную группу. К ним относится процесс старения. Под старением по­ нимают процесс медленного изменения . физико-химических свойств материалов. Скорость процесса старения может изме­ няться под воздействием внешних факторов: тепла, вибраций, кислорода, озона, влаги, электромагнитных полей и т. д. Для многих материалов процесс старения протекает без видимых признаков ухудшения свойств материалов. Эти изменения на­ капливаются постепенно и в отдельных случаях могут привести к внезапному скачку •— разрушению или излому. Явление старе­ ния присуще всем элементам. В наибольшей степени процессу старения подвержены изолирующие материалы органического происхождения. Например, материалы из каучука становятся жесткими и ломкими, покрываются трещинами, распространяю­ щимися внутри деталей и на их поверхности.

К факторам, зависящим от технического обслуживания, сле­ дует отнести организацию эксплуатации, степень обученности инженерно-технического состава, качество выполняемых работ, качество ремонта, особенности транспортировки и хранения. Работы, проводимые личным составом на агрегатах, с одной стороны, улучшают техническое состояние агрегатов оборудова­ ния и систем планера самолета и предупреждают неисправности (введение смазки, регулировка параметров и т. п.), с другой сто­ роны, могут ухудшить их техническое состояние в результате эксплуатационных воздействий при выполнении демонтажных и монтажных работ. Для элементов конструкции планера основ­ ными факторами, определяющими их надежную работу, явля­ ются механические и температурные нагрузки, а также антикор­ розионная стойкость материалов. Для агрегатов и деталей оборудования и систем, кроме этого, значительное, а в ряде случаев определяющее воздействие оказывают условия их рабо­ ты и хранения.

1.2. Механические и температурные нагрузки элементов конструкции планера самолета

В процессе эксплуатации самолета на элементы конструкции планера действуют различные нагрузки. Все нагрузки, действу­ ющие на планер самолета, можно разделить на два типа: на­ грузки регулярные, величина и повторяемость которых в тече­ ние полета могут быть определены, и нагрузки, величина и чере­

8

дование которых носят хаотический характер. К первому типу нагрузок относятся аэродинамические силы при установившихся режимах полета, нагрузки, возникающие при отклонении за­ крылков, выпуске и уборке шасси, а также нагрузки, возникаю­ щие от избыточного давления в герметической кабине. Ко второ­ му типу нагрузок относятся нагрузки, возникающие от манев­ ренных перегрузок и перегрузок от порывов ветра на крыле, оперении и фюзеляже.

Основными параметрами, определяющими внешние нагрузки на агрегаты планера самолета, являются максимальная пере­ грузка лтпх, предельная скорость Ктах, предельный скоростной напор gmax и масса самолета G. Все самолеты совершают опреде­ ленные виды маневров. Однако только для маневренных само­ летов (истребителей, штурмовиков, самолетов первоначального обучения и т. п.) нагрузки при маневрах являются определяю­ щими для статической прочности и статической выносливости. Величина и повторяемость маневренных перегрузок зависят от

конструкции планера самолета зависит также от характера вы­ полняемого полетного задания, высоты и скорости полета. С уве­ личением высоты и скорости полета изменяется характер рас­ пределения аэродинамической нагрузки, а следовательно, и ее величина. С увеличением высоты полета уменьшаются величины максимально возможных маневренных перегрузок. Величина максимально допустимой эксплуатационной перегрузки зависит от типа самолета. Наибольшие вертикальные маневренные пере­ грузки испытывают самолеты-истребители — приблизительно 8,0—9,0 g (где g — ускорение силы тяжести), для тяжелых са­ молетов они равны ~ 2,5g.

Для маневренных самолетов величины нагрузок на большин­ ство агрегатов планера самолета зависят от величины перегруз­ ки в центре тяжести самолета ппер, определяемой ее средним пу ср и переменным Дпу значениями угловой окорости вращения

торных испытаний в процессе эксплуатации производятся изме­ рения перегрузок в центре тяжести самолета (рис. 4). При этом устанавливается средняя повторяемость Ht Ср за один час поле­ та вертикальных (рис. 5) и горизонтальных (рис. 6) перегрузок.

Кроме маневренных нагрузок, на элементы конструкции пла­

дит движение воздушных масс. В результате интенсивного пере­ мещения струй потока, сопровождаемого переменным полем скоростей воздуха и вихрями, в атмосфере возникает турбулент­

9