Совершенствование методов и средств натурных ресурсных испытаний конструкций пассажирских самолётов

• Автор: Куликов, Евгений Николаевич
• Шифр специальности: 05.07.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 191 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Обзор методов и средств исследования усталостной долговечности и определения ресурсных характеристик авиационных конструкций
1.1.Обоснование, порядок и объём исследований при отработке ресурсных характеристик конструкции современного пассажирского самолёта
1.2. Методы расчётных исследований, расчётное моделирование на этапе
ресурсных испытаний
1.3. Методы и средства ресурсных испытаний конструктивных образцов,
натурных агрегатов и планера самолёта
1.4. Выводы по главе
2. Исследование ресурсных характеристик и отработка методических вопросов в обеспечение создания стенда сертификационных ресурсных испытаний планера регионального самолёта
2.1. Расчётно-экспериментальные исследования усталостной прочности и
живучести конструктивных образцов фюзеляжа, панелей и стыков крыла
2.2. Разработка базы данных результатов исследований ресурсных
характеристик конструкции планера самолёта, принцип «светофора»
2.3. Расчётно-экспериментальный анализ вариантов моделирования спектра нагружения планера самолёта при ресурсных испытаниях с целью
уточнения их эквивалентности
2.4. Отработка методических вопросов создания стенда сертификационных
ресурсных испытаний планера регионального самолёта на опытном стенде
2.5. Выводы по главе 2
3. Исследования по разработке и созданию стенда ресурсных испытаний
планера регионального самолёта
3.1. Концепция и особенности стенда сертификационных ресурсных испытаний
планера регионального самолёта
3.2. Обоснование и выбор элементов механической системы нагружения
планера самолёта
3.3. Исследования по разработке нового сервогидравлического канала нагружения двустороннего действия и отработка технологии его эксплуатации с целью обеспечения высокой скорости и безопасности нагружения
самолётных конструкций
3.4. Выводы по главе 3. Общий вид стенда ресурсных испытаний планера регионального самолёта.
4. Анализ нагруженности планера регионального самолёта в стенде ресурсных испытаний и эквивалентности условий испытаний заданным программным. Апробация разработанных методов, алгоритмов и средств испытаний
4.1. Исследования по разработке системы расчёта погрешностей нагружения, оперативного анализа нагруженности, представления и интерпретации результатов испытаний планера самолёта
4.2. Расчёт отклонений силовых факторов через усилия в точках приложения нагрузки, с учетом погрешностей систем
4.3. Оценка погрешности воспроизведения нагрузок в сечениях крыла
4.4. Выводы по главе 4
Заключение
Список использованных источников Приложение А. Спектры программных нагружений

Введение
Актуальность работы.
Проблема обеспечения безопасности конструкций пассажирских самолетов в течение длительного срока эксплуатации начала решаться в России с середины 50—х годов, когда были созданы первые самолёты с газотурбинными двигателями. Обеспечение безопасности эксплуатации самолётов осуществляется в соответствии с Авиационными правилами [1] и другими официальными документами.
Достижение высокого уровня безопасности полетов невозможно без проведения целого ряда работ, одной из которых является подтверждение и уточнение ресурсных характеристик основных силовых элементов конструкции самолётов в течение всего срока их службы [5].
Все основные подходы решения этой проблемы базируются на проведении сертификационных ресурсных испытаний натурных конструкций планеров самолётов.
Сертификационные ресурсные испытания включают большой комплекс исследований образцов, агрегатов и натурной конструкции в целом, необходимый для отработки и экспериментального подтверждения проектного ресурса и обеспечения безопасной и экономичной эксплуатации самолёта.
Исследование вопросов проведения и научного обоснования условий ресурсных испытаний, современных подходов к обоснованию моделирования спектров нагружения конструкции связано с трудами Российских ученых: С. И. Галкина [16], А. Ф. Селихова [71], К. С. Щсрбаня [93], В. Е. Стрижиуса [82], Э. И. Ожеховского [62], А. И. Блинова, В. В. Сулеменкова, В. П. Шунаева и многих других; зарубежных ученых: Jacoby G.H. [95], Naumann E.C. [96], Newman Jr. J.C. [97], Schijve J. [98] и других. Работы И. А. Одинга [60], В. J1. Райхера [67], В. Г. Лейбова [28] посвящены вопросам определения эквивалентности нагружения, формирования программ испытаний, усталостной прочности металлов. Методам ресурсных испытаний посвящены работы H. М. Пестова [16] , М. И. Рябинова [38], А. Н. Серьезнова [75], В. И. Сабельникова [33], А. С. Синицина [8].
Несмотря на достигнутые успехи, сертификационные испытания натурной конструкции, и всё что с ними связано: исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкции, анализ и представление информации, наблюдение за конструкцией самолёта в период жизненного цикла; является трудоемкой задачей и требует постоянной оптимизации и совершенствования методов и средств исследований, в связи с появлением новых возможностей современной техники и изменением требований к ресурсным характеристикам самолётов.

- испытания на эксплуатационную живучесть и остаточную прочность;
- испытания на длительность развития повреждений конструкций агрегатов, в том числе и с климатическим воздействием.
1.4.3 Учитывая проведенный обзор, современное представление о нагруженности конструкции самолёта в эксплуатации и уровень испытательной техники можно с уверенностью утверждать следующее.
1.4.3.1 Программа ресурсных испытаний выбирается в зависимости от нагруженности прототипа конструкции. Оптимальный повторяющийся блок нагружения программы испытаний должен состоять из 2000 - 5000 случайным образом перемешанных, различных по повреждаемости и длительности полетных циклов, содержащих расставленные в случайном порядке 5 — 7 уровней средних нагрузок функционирования, моделирующих условия нагружения планера самолёта на земле и в полете. Нагрузки турбулентности атмосферы и неровностей аэродромов накладываются на нагрузки функционирования. Для упрощения анализа результатов испытаний обычно, после квазислучайного, но осмысленного формирования программного блока, последовательность нагрузок в последующих очередных блоках более не меняют. Основная опасность ошибок при разработке программ нагружения при ресурсных испытаниях заключается в неправильном учете эксплуатационных циклов амплитудой менее 10% от максимальной.
1.4.3.2 Отличие современной программы ресурсных испытаний состоит в том, что нагружению подвергаются все агрегаты планера самолёта одновременно. Поэтому особое внимание уделяется уравновешиванию испытываемой конструкции с минимальными погрешностями в нагружении основных агрегатов.
1.4.3.3 Объём испытаний в современных условиях уже не определяется коэффициентом надежности, как это принималось в 80 годы, а определяется вероятностью необнаружения регламентированного повреждения на элементах конструкции планера самолёта при осмотрах конструкции - принцип безопасного повреждения. Это означает следующее:
- несмотря на то, что основная часть планера должна надежно отработать весь ресурс самолёта, всегда существует опасность того, что дефектоскопист пропустит регламентированное повреждение при осмотре в течение эксплуатационного ресурса (предполагается, что в конструкции изначально есть повреждения),
- поэтому считается, что конструкция должна выдержать без повреждений как минимум два ресурса и затем, с регламентированным авиационными правилами повреждениями, выдержать максимальные эксплуатационные нагрузки.
На основании данного, в общем-то, очень простого логического умозаключения, принято, что ресурсные испытания нагрузками, максимально приближенными к