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

магния, железа, хлористого натрия, органические и неорганиче­ ские частицы, а также растворенные газы воздуха (азот, кисло­ род, углекислый газ). В промышленных районах имеются при­ меси серной и сернистой кислот, образующихся при сжигании каменного угля, а также азота в виде аммиака и азотной кисло­ ты. Влага вызывает также химический распад масел и смазок. Наличие во влаге некоторых составляющих (солей, окислов и т. д.), увеличение температуры или одновременное воздействие этих факторов будет увеличивать скорость реакций.

При низких температурах влага, проникающая в материалы, будет замерзать и тем самым вызывать внутренние напряжения, а это в некоторых случаях может вызвать заклинивание движу­ щихся частей.

Атмосферное давление и его колебания являются фактора­ ми, оказывающими влияние на изменение технического состоя­ ния ряда агрегатов оборудования и систем. Правда, колебания атмосферного давления на земле и по величине, и по скорости значительно меньше колебаний его в полете.

При колебаниях атмосферного давления в герметических уз­ лах и приборах могут возникать дополнительные напряжения. Однако практически суточные колебания атмосферного давления не превышают ±30 мм рт. ст. и на надежность большинства аг­ регатов заметного влияния не оказывают.

Агрегаты оборудования и систем при стоянке самолетов между вылетами подвергаются воздействию ветра, пыли и пес­ ка. Ветер является активным переносчиком пыли, влаги и песка и способствует повреждению устройств. Частички пыли, легко переносимые ветром и имеющие малые размеры, проникают в агрегаты и приборы, попадают на трущиеся поверхности, что приводит к быстрому их износу, а в некоторых случаях — к зае­ данию подвижных деталей, засорению приборов и трубопрово­ дов систем. Особенно опасны пыль и песок для таких агрегатов

идеталей, которые не могут все время находиться в герметизи­ рованных корпусах, защищенных от атмосферного воздействия. Наземная пыль состоит из мельчайших обломков горных пород

иповерхности почвы, остатков растительных и животных орга­ низмов, растений, дыма промышленных предприятий, поднима­

емых в атмосферу восходящими течениями и вихрями. Количе­ ство и степень загрязненности оценивается количеством пыли, находящейся в 1 м3 воздуха.

В зависимости от условий в воздухе может быть от 0,25 до 60 мг/м3 пыли. Размеры пылинок различны, но в среднем их размер равен 0,1—20 мк. Содержащиеся в пыли углекислые, сернокислые, хлористые и другие растворимые соли поглощают влагу из окружающего воздуха, слои пыли становятся хорошим

30

проводником электрического тока. Это может способствовать загрязнению и коррозии коллекторов и потенциометров, нару­ шать работу цепей электрических систем.

Частицы песка могут также снижать надежность агрегатов за счет абразивного эффекта. Частицы песка (кварца), попадая между вращающимися элементами, ускоряют износ элементов редукторов, трущихся поверхностей шасси, органов управления, зубчатых передач и подшипников, являются причиной заедания подшипников негерметичных устройств, загрязнения смазки. От­ рицательное влияние может оказывать пыль на эксплуатацион­ ную надежность гидравлических и топливных систем самолета. Пыль, состоящая из мельчайших частиц различных органических веществ, попадая на открытые трущиеся поверхности агрегатов этих систем, ускоряет их износ; проникая внутрь системы, заби­ вает фильтрующие элементы, дозировочные отверстия, скапли­ вается в затененных участках и ведет к заеданию подвижных пар. В сочетании с влагой пыль создает благоприятные условия для возникновения коррозии на поверхностях деталей систем са­ молета. Песок представляет собой зерна кварца размером от 0,08 до 0,8 мм. Песок в воздухе может находиться только в не­ посредственной близости от земли. Даже при сильном ветре он не поднимается выше нескольких десятков сантиметров от зем­ ли, но при танспортировке агрегатов он может попасть внутрь их. Обладая более сильным, чем пыль, абразивным свойством, песок вызывает механические повреждения деталей и узлов аг­ регатов, разрушение покрытий, износ подшипников и других эле­ ментов, снижение усталостной прочности механических деталей. Это уменьшает долговечность элементов и снижает надежность работы агрегатов.

В воздухе содержатся также агрессивные химические газы: серный газ, хлор и т. п., которые, попадая в воздух из труб про­ мышленных предприятий, разъедают некоторые материалы и на­ рушают их структуру, что приводит к снижению их долговечно­ сти.

Одним из климатических факторов, воздействующих на авиа­ ционную технику, является солнечная радиация. При эксплуата­ ции авиационной техники поверхность элементов конструкции планера, силовых установок, агрегатов и деталей оборудования и систем в той или иной степени подвергаются действию прямых

1,51 кал/(мин-см2). Солнце излучает энергию в диапазоне длин волн длиной 1—100000А при максимальной интенсивности

4500—5000А.

На надежность агрегатов оборудования и систем также ока­ зывают влияние биологические факторы. Наибольшие поврежде­ ния устройств вызывают грибковые образования, широко рас­ пространенные в природе. Наиболее благоприятными условиями

31

для развития большинства видов плесени является высокая влажность воздуха (более 85%), температура 20—30° С, непод­ вижность воздуха и наличие питательной среды. Споры плесени, размеры которых, как правило, не превышают 10 мк, легко пере­ носятся в пространстве ветром, проникают в устройства вместе

с потоком воздуха.

Под действием плесени происходит разрушение ряда мате­ риалов и их коррозия, уменьшается прозрачность оптики. Пле­ сень, выделяя органические кислоты, ускоряет процесс коррозии металлов, разрушает защитные покрытия.

При длительных перерывах в полетах некоторые агрегаты систем, особенно оборудования, могут подвергаться действию насекомых и грызунов. В открытые отверстия трубопроводов могут попадать насекомые и приводить к нарушению нормаль­ ной работы самолетных систем.

При простое на агрегаты оборудования и систем оказывают воздействие одновременно несколько факторов и при этом их суммарное воздействие может увеличиваться или оставаться на том же уровне, что и при раздельном действии этих факторов, а в некоторых случаях ослабляться. Например, с увеличением температуры вода, испаряясь, увеличивает абсолютную влаж­ ность. При увеличении температуры ускоряется процесс водя­ ной эрозии. Высокая температура и низкое давление при уменьшении темплоотдачи оказывают воздействие на свойства материалов агрегатов и приборов. С увеличением температуры увеличивается воздействие среды, насыщенной солями. При этом 'коррозия и другие разрушающие процессы проходят с большей скоростью. При наличии вибраций увеличивается про­ никновение пыли и, следовательно, увеличение износа движу­ щихся частей.

Кроме указанных выше причин, на эксплуатационную на­ дежность авиационной техники может оказывать влияние инже­ нерно-технический и летный состав, эксплуатирующий авиаци­ онную технику (эксплуатационные факторы). Подготовка совре­ менного самолета к полету представляет большие трудности: многочисленные системы нуждаются в одновременной работе большой группы специалистов, что затрудняет их работу, в ре­ зультате чего могут оказаться непроверенными отдельные узлы и элементы. Кроме того, большое число параметров, которые необходимо проверить перед полетом, требует длительного вре­ мени проверки, а объективная обстановка часто приходит в противоречие с этим. К числу эксплуатационных факторов сле­ дует отнести: организацию эксплуатации, обученность личного состава, качество выполняемых работ, качество ремонта, транс­ портировку и хранение, рационализаторскую и изобретатель­ скую работу. Влияние этих факторов огромно. Так, несвоевре­ менное или некачественное выполнение регламентных работ, а также осмотров при подготовке самолета к полетам может при­

32

тов, особо чувствительных к влиянию таких внешних факторов, как влажность, атмосферное давление, облучение, состав и загрязнение атмосферы, окружающая температура. Влияние факторов, действующих в полете, зависит от режима полета, ре­ жимов работы агрегатов и систем, от того, является ли этот ре­ жим непрерывным, циклическим, случайным, одноразовым, уста­ новившимся или переходным.

Внутренний механизм процессов, предшествующих отказу, может быть исчерпывающе проанализирован только в каждом конкретном случае для данного типа детали, агрегата, задан­ ных условий и режимов работы. Однако конкретные механизмы нарушений определяются общими физико-химическими процес­ сами изменений структуры, свойств и параметров элементов. Закономерности, характеризующие эти процессы, могут непо­ средственно служить моделями отказов или являются основой для построения общих физических моделей отказов и процессов их возникновения. В качестве наиболее общих физико-химиче­ ских процессов, протекающих в материалах, которые могут быть связаны в той или иной степени с возникновением нарушений работоспособности и отказов, необходимо указать следующие: диффузионные процессы в объеме и на поверхности твердых тел; перемещение и скопление точечных дефектов и дислокаций в кристаллических твердых телах; флуктуационный разрыв меж­ атомных связей в металлах и сплавах; разрыв химических свя­ зей цепей микромолекул полимерных материалов; электролити­ ческие процессы; действие поверхностно-активных веществ; структурные превращения в сплавах металлов и др. К общим физическим моделям отказов и процессов их возникновения от­ носятся; деформация и механическое разрушение различных материалов, износ трущихся поверхностей, электрическое разру­ шение (разрушение электрической прочности, электрический пробой) диэлектрических материалов, тепловое разрушение (на­ рушение тепловой устойчивости, расплавление и т. п.) элемен­ тов, электрохимическая коррозия, электротермическая эрозия, загрязнение поверхности материала элементов и многие другие.

Даже в наиболее простых элементах при соответствующих режимах работы и внешних условиях могут протекать физико­ химические процессы, способные привести к отказу элемента.

Закономерности протекания физико-химических процессов, оказывающих влияние на работоспособность деталей агрегатов самолета, определяются, как правило, тем, что в этих процессах участвуют только те частицы вещества — молекулы, атомы, электроны — которые обладают энергией, не меньшей некоторо­ го значения, необходимого для преодоления энергетического барьера, препятствующего течению процесса. Перемещения и перегруппировки элементарных частиц, изменения их положения в кристаллической решетке, обусловливающие многие из этих процессов, могут происходит^ лишь в том случае, когда энергия

38

частиц превышает определенный для данного материала уровень, достаточный для преодоления связей между части­ цами. Минимальное значение энергии частиц, необходимое для преодоления барьера, называют энергией активации данного процесса.

Физико-химические процессы, протекающие в твердых телах, зависят от свойств материалов, характера и величин действую­ щих «а агрегаты нагрузок и внешних условий (давлений, темпе­ ратур, влажности и т. д.), характера и условий сочленений дета­ лей, продолжительности действующих нагрузок, а также усло­ вий эксплуатации и других причин.

Во всех реальных кристаллических твердых телах имеются в большем или меньшем количестве элементарные дефекты крис­ таллической структуры, оказывающие влияние на микроскопиче­ ские свойства и состояние твердых тел. Такими дефектами мо­ гут быть: точечные дефекты — вакансии, межузельные атомы; одномерные дефекты — дислокации; двумерные поверхностные дефекты — границы зерен и двойников, дефекты упаковки; трех­ мерные (объемные) дефекты — пустоты, включения и т. д. В реальных деталях точечные дефекты — вакансии постоянно зарождаются и исчезают под воздействием условий и времени работы, нагрузок, а также внешних условий. Как уже упомина­ лось, другими дефектами твердых тел являются искажения структуры кристаллической решетки — дислокации. Дислокации в значительной степени определяют механическую прочность твердых тел, особенно в начальной стадии нагружения, в нача­ ле процесса пластической деформации и разрушения. Дислока­ ции в кристалле образуют изолированные замкнутые петли, изолированные скопления вокруг большого количества частиц включения, двумерные и трехмерные сетки. Дислокации являют­ ся источниками внутренних напряжений: они создают поля нап­ ряжений в кристаллической решетке, приводящие к соответству­ ющим локальным деформациям, смещениям.

Кинетику ряда физико-химических процессов, обусловливаю­ щих возникновения отказов (разрушение материалов, ползу­ честь, старение, коррозия и др.), можно объяснить происходя­ щими в материалах процессами диффузии — процессами необратимого переноса атомов вещества как в объеме твердого тела, так и на его поверхности. Многие структурные изменения, происходящие в материалах, связанные с ухудшением их физи­ ческих и механических свойств, происходят в результате диффу­

вещества на поверхность может происходить изнутри кристалли­ ческого тела или наоборот, вглубь него, а также в результате процесса испарения. Различают несколько типов поверхностной

39