ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕСУРСА САМОЛЕТА

Техническим ресурсом называется установленный срок службы авиационной техники, по истечении (выра­ботки) которого авиационная техника снимается с экс­плуатации (списывается). Под межремонтным ресурсом понимается срок службы авиационной техники до оче­редного капитального ремонта.

Технический ресурс устанавливается для всех видов авиационной техники с учетом выполнения регламент­ных работ и профилактических ремонтов, предусмотрен­ных для этой техники. Он может быть равным гарантий­ному сроку службы или превышать его.

Технический ресурс самолета зависит от многих фак­торов, но главным образом от степени совершенства конструкции самолета; степени соответствия технологии изготовления планера самолета, двигателя, агрегатов и

деталей оборудования предъявляемым требованиям; применяемых в самолетостроении материалов; особенно­стей и условий эксплуатации самолета; количества и качества профилактических ремонтов в процессе эксплу­атации.

При определении технического ресурса современного самолета необходимо учитывать определение техниче­ского ресурса планера самолета и определение техниче­ского ресурса оборудования и систем самолета.

Технический ресурс планера современного самолета в основном определяется статической. выносливостью элементов конструкции планера. Технический ресурс обо­рудования и систем зависит от условий работы и на­гружений деталей и агрегатов оборудования, а также от условий, особенностей и продолжительности эксплуата­ции самолета.

Сложность и малая изученность вопросов прочности авиационных конструкций при действии повторных на­грузок не позволяют в настоящее время предложить сколько-нибудь надежный метод для однозначного опре­деления безопасного срока службы планера самолета при запуске самолетов в серийное производство. Техни­ческий ресурс планера самолета в настоящее время мо­жет быть определен лишь методом последовательных приближений на основании исследовательских работ, лабораторных испытаний образцов и конструкций, опыта эксплуатации и ремонта авиационной техники. В качест­ве первого приближения технический ресурс планера современного самолета может быть определен в два этапа: определение начального срока службы; определе­ние предельного срока службы (технический ресурс).

Для обеспечения требуемого технического ресурса планера самолета и повышения статической выносливо­сти его элементов конструкции необходимо провести ряд мероприятии, начиная от проектирования самолета, по­строения опытного образца и кончая запуском самолета в серийное производство и массовой эксплуатацией. Своевременное и правильное выполнение этих меропри­ятий обеспечит необходимую статическую выносливость элементов конструкции планера, а следовательно, на­дежность и безопасность эксплуатации.

Повышение статической выносливости в значитель­ной степени зависит от своевременности и полноты ра-

4 Зак. 264

бот на раннем этапе проектирования и постройки опыт­ного образца самолета. На этом этапе создания самоле­та устанавливается начальный (минимальный) срок службы, для чего собирают и анализируют материалы по эксплуатации, ремонту, лабораторным испытаниям и исследованиям однотипных самолетов. Кроме того, учитывают статистические данные повторяемости манев­ренных перегрузок и перегрузок от порывов ветра в цен­тре тяжести самолета, величины и характер нагрузок ос­новных силовых узлов при данных перегрузках. Это дает возможность представить примерное нагружение элемен­тов конструкции планера. По материалам испытаний на повторные нагрузки образцов и элементов конструкции, а также самолетов, однотипных с проектируемым, можно судить о статической выносливости основных силовых узлов планера самолета, о наличии слабых мест конст­рукции и способах повышения статической выносливости.

На основании анализа указанных выше материалов, расчета статической выносливости и испытаний на по­вторные нагрузки устанавливается начальный срок службы планеру самолета в часах налета (посадках). Он должен быть не менее заданного нормами прочности. При этом на основании данных опыта эксплуатации и ремонта однотипных самолетов необходимо предусмот­реть методы контроля наиболее важных силовых узлов, возможность ремонта или замены их в процессе эксплу­атации.

Для определения предельного срока службы планера самолета проводятся испытания на эксплуатационную надежность самолетов на серийных заводах, лидерные испытания, исследования технического состояния само­летов после окончания летных испытаний, испытания на повторные нагрузки самолетов с большим налетом. Кро­ме того, анализируются статистические данные по отка­зам и неисправностям в процессе эксплуатации всего парка самолетов.

Испытания на эксплуатационную надежность само­летов проводятся с целью определения нагрузок на эле­менты конструкции планера в полете, при взлете и по­садке; сбора статистических данных повторяемости угло­вых скоростей вращения самолета, темпов отклонения рулей, перегрузок в центре тяжести самолета, вибраций и других параметров; исследования условий работы и

ІШгруікеиий агрегатов оборудования самолета и его ей — ловой установки; оценки изменения технического состоя­ния планера самолета и его оборудования в зависимости от налета самолета, количества взлетов и посадок, нара­ботки оборудования, календарного срока службы по вре­мени; определения изменения основных летных характе­ристик самолета и разработки мероприятий по их сохра­нению в процессе выработки технического ресурса; уточ­нения единого регламента технического обслуживания и технологии выполнения регламентных работ; разработки профилактических мероприятий по повышению эксплуа­тационной надежности планера самолета и его оборудо­вания как в серийном производстве, так и в процессе эксплуатации и ремонта.

Испытания самолетов на эксплуатационную надеж­ность проводятся, как правило, отдельно от дру­гих испытаний. Налет самолетов, предназначенных для испытаний на эксплуатационную надежность, должен значительно превышать налет остального парка самоле­тов. Для испытаний выделяется один из первых серий­ных самолетов, который оборудуется специаль­ной испытательной аппаратурой. Подготовку к про­ведению испытаний целесообразно начинать на заводах промышленности. Необходимо заранее предусмотреть из­меряемые в полете, на взлете и посадке параметры и способы их замера, места установки испытательной ап­паратуры, способы ее включения. Аппаратура должна устанавливаться в местах, обеспечивающих доступ для ее регулировки и обслуживания. При отсутствии таких мест аппаратура может размещаться вместо некоторых агрегатов оборудования.

В начале испытаний проводятся измерения напря­жений в элементах конструкции планера (их распреде­ление), вибраций, температур элементов конструкции планера самолета и его оборудования, угловых скоро­стей вращения самолета, нагрузок при взлетах и по­садках, а также исследуются условия работы и нагру­жения оборудования. В дальнейшем собирают стати­стические данные о повторяемости перегрузок в центре тяжести самолета. Специальные измерения других па­раметров могут проводиться при необходимости для уточнения нагружений отдельных элементов конструк­ции планера, узлов и агрегатов оборудования и сило-

. вой установки. На основании измерений повторяемости перегрузок оцениваются эксплуатационные особенно­сти данного типа самолета, производятся необходимые расчеты и уточняются минимальные сроки службы пла­нера самолета.

Большое значение для оценки эксплуатационной на­дежности планера самолета, его оборудования и си­стем, а также его технического ресурса имеют так на­зываемые лидерные испытания. Лидерные испытания проводятся непосредственно и эксплуатирующих орга­низациях. Для них выделяется небольшая группа само­летов (обычно 3—5). Налет самолетов в процессе этих испытаний должен быть близким к техническому ресур­су планера самолета. Выделенные для лидерных испы­таний самолеты должны значительно опережать налет остального парка самолетов.

Лидерные испытания проводятся, как минимум, в два этапа. Продолжительность первого этапа не долж­на превышать 80—90% уточненного начального срока службы планера самолета. После выполнения налета, указанного в программе, проводятся исследования тех­нического состояния этих самолетов и при необходимо­сти отдельные самолеты могут испытываться на пов­торные нагрузки. На основании полученных данных уточняются продолжительность и программа летных ис­пытаний следующего этапа, уточняется техническая до­кументация по эксплуатации самолетов.

При лидерных испытаниях производятся:

— оценка эксплуатационной надежности в преде­лах технического ресурса самолета;

— оценка технического состояния самолета в зави­симости от налета, количества взлето-посадок, кален­дарного срока эксплуатации;

— уточнение периодичности и объема профилакти­ческих работ;

— дополнительные исследования нагрузок и усло­вий работы элементов конструкции планера, силовых установок, агрегатов и деталей оборудования и систем самолета и др.

В большинстве случаев самолеты, выделенные для лидерных испытаний, оборудуются измерительной аппа­ратурой для записи скоростей, высот полета и перегру­зок в центре тяжести самолета. Такие замеры нужны

I

і

для получения данных а повторяемости перегрузок в центре тяжести в процессе длительных испытаний, что необходимо для составления программ испытаний на повторные нагрузки планера самолета и установления его технического ресурса.

В процессе испытаний на эксплуатационную надеж­ность или лидерных испытаний ведутся учет и анализ всех отказов и неисправностей, микрометрический об­мер шарнирных соединений, а также лабораторные ис­следования отказавших детален и агрегатов. Определе­ние степени и характера износа детален и узлов под­вижных сочленений в процессе испытаний позволяет правильно установить допуски на износ деталей и аг­регатов, так как в процессе лабораторных исследований очень трудйо создать условия, полностью соответству­ющие условиям работы деталей при эксплуатации. При микрометрическом обмере определяются величины де­формаций деталей, размеры их повреждений, величины люфтов, отклонение регулировочных данных из-за по­вреждений и износов.

После выполнения всей программы испытаний на эксплуатационную надежность и лидерных испытаний проводятся исследования технического состояния са­молетов. Для исследования технического состояния са­молетов, как правило, производится полная их разбор­ка. Перед разборкой следует принять необходимые ме­ры, исключающие поломку самолета или его отдельных агрегатов в процессе разборки. Места планера, его де­тали и агрегаты, подлежащие дефектации, тщательно промываются для удаления грязи и жира. С отдельных мест планера самолета или его агрегатов может быть снято лакокрасочное покрытие. При удалении грязи, жира и лакокрасочных покрытий нельзя применять ве­щества, которые вызывают их коррозию.

Программа исследований составляется на основании анализа результатов летных испытаний, опыта эксплуа­тации и ремонта всего парка самолетов. При исследова­нии технического состояния самолетов определяются ве­личина и характер повреждений, износов, коррозии на его деталях, узлах и агрегатах планера, нивелируется планер самолета, измеряются износы трущихся поверх­ностей, выявляются трещины элементов конструкции планера, деталей и агрегатов оборудования с помощью специальных методов дефектоскопии, а также опреде­ляется влияние продолжительности и особенностей экс­плуатации на техническое состояние самолетов.

При исследовании технического состояния произво­дится осмотр элементов конструкции планера, выявля­ются трещины на деталях путем местного травления, магнитной дефектоскопии, люминесцентным способом или методом красок. При определении технического со­стояния деталей и агрегатов самолета вначале проводит­ся дефектация внешним осмотром, в процессе которого определяется необходимость того или иного более точно­го и объективного метода исследования. При осмотре выявляется наличие на деталях и агрегатах самолета различного рода повреждений, деформаций, коррозии, износов, трещин, ослабления заклепочных соединений, разрушений лакокрасочного покрытия и других дефек­тов, легко обнаруживаемых невооруженным глазом. После исследования технического состояния планер са­молета испытывается на повторные нагрузки. Сравнивая количества циклов повторных нагрузок, при которых произошли разрушения самолетов без налета и самоле­тов с налетом, определяют влияние налета самолетов на снижение статической выносливости. Например, при этом можно определить величину снижения за один час налета количества циклов повторных нагрузок, при ко­тором происходит разрушение конструкции. При испы­таниях на повторные нагрузки оцениваются возможно­сти и разрабатываются рекомендации по ремонту плане­ра с целью восстановления и повышения статической вы­носливости.

Авиационная техника эксплуатируется в различных климатических условиях. Поэтому важно знать влияние условий эксплуатации на изменение ее технического со­стояния. Материалы исследования технического состоя­ния самолетов, эксплуатирующихся в различных клима­тических условиях, также используются для установле­ния технического ресурса планера.

Разберем в качестве примера установление техниче­ского ресурса планера одного из самолетов, снятого с эксплуатации, на основании результатов испытаний на повторные нагрузки (рис. 1.12). На рисунке по верти­кальной оси отложено количество циклов повторных нагрузок, при которых произошли разрушения:

Л’о — количество циклов повторных нагрузок, при ко­торых разрушился самолет, не имеющий налета; //нал — количество циклов повторных нагрузок, при ко­торых разрушились самолеты, имеющие различный на­

рис. 1.12. Результаты испытаний на повторные нагрузки само­летов с налетом и без налета

лет. По горизонтальной оси отложен налет самолетов, испытываемых на повторные нагрузки. Если считать, что снижение статической выносливости элементов кон­струкции планера пропорционально налету самолета, и провести прямую, проходящую через точки на графике до пересечения с горизонтальной осью, то в точке пере­сечения получим технический pecvpc планера самолета: Т « 1500 час.

Однако если исследования технического состояния самолетов показали, что в процессе эксплуатации появ­ляются повреждения элементов конструкции планера, вызванные коррозией, вследствие чего происходит сни­жение их статической выносливости, полученная ука­занным способом величина технического ресурса умень­шается. Кроме того, при установлении технического ресурса планера самолета учитываются результаты ис­пытаний на эксплуатационную надежность, лидерных

испытаний, а также результаты анализа отказов и не — • исправностей всего парка самолетов.

Для определения технического ресурса агрегатов оборудования и систем авиационной техники проводят­ся лабораторные ресурсные испытания, программы ко­торых составляются так, чтобы они соответствовали на­грузкам и условиям работы (вибрациям, температурам, давлениям и т. д.) агрегатов в процессе эксплуатации авиационной техники. Исследования нагрузок и усло­вий работы агрегатов оборудования и систем авиацион-^ ной техники проводятся в процессе опытного строитель­ства, а также при запуске авиационной техники в серийное производство при испытаниях на эксплуата­ционную надежность самолетов (вертолетов) на се­рийных заводах.

Лабораторные ресурсные испытания позволяют в короткий срок достигнуть нужной наработки. Так, для агрегатов она может быть достигнута за несколько месяцев испытаний, тогда как при летных испытаниях ее можно получить только в течение нескольких лет. Иногда для ускорения получения необходимых данных при лабораторных испытаниях увеличивают нагрузки или утяжеляют условия работы. В этом случае срок лабораторной наработки еще более сокращается. По результатам лабораторных испытаний в процессе опыт­ного строительства устанавливаются начальные сроки службы агрегатов оборудования и систем, которые, как правило, равны их гарантийным срокам службы.

Большое значение имеют также испытания самоле­тов (вертолетов) на эксплуатационную надежность при их запуске в серийное производство. В начале этих ис­пытаний исследуются нагрузки и условия работы агре­гатов оборудования и систем и составляются програм­мы лабораторных ресурсных испытаний агрегатов и целых систем, которые должны отражать величины на­грузок и условия работы агрегатов в процессе эксплуа­тации. По результатам этих испытаний уточняются установленные в течение опытного строительства на­чальные сроки службы агрегатов и систем. Для оценки технического ресурса агрегатов оборудования и систем используются также материалы, полученные в процес­се лидерных испытаний.

При исследовании технического состояния самолетов

1

І

(после испытаний на эксплуатационную надежность и лидерных испытаний), которые имеют налет, превыша­ющий налет самолетов парка, проводятся исследования технического состояния оборудования и систем. Кроме того, исследуются агрегаты оборудования и системы авиационной техники, эксплуатировавшейся в различ­ных климатических условиях, в результате чего опре­деляется влияние условий эксплуатации на изменение технического состояния агрегатов.

Для исследования агрегаты снимаются с самолетов (вертолетов), испытываются и проверяются на стендах

Рис. 1.13, Характер изменения ве­роятности безотказной работы P(t) п зависимости от наработки (палета) Т, час

и специальных установках. Кроме того, собираются и анализируются статистические данные по неисправно­стям, выявленным в процессе эксплуатации всего пар­ка самолетов. На основании анализа всех указанных материалов начальные сроки службы агрегатов обору­дования и систем постепенно продлеваются вплоть до достижения их технических ресурсов. После выработки технического ресурса агрегаты с самолета снимаются и заменяются.

Технический ресурс агрегатов оборудования и си­стем может также устанавливаться при наличии доста­точного количества статистических данных по отказам, выявленным в процессе эксплуатации. В этом случае на основании теоретических исследований и необходи­мости обеспечения требуемого уровня надежности всего изделия в целом устанавливаются уровни надежности агрегатам и системам.

Имея статистические данные по отказам агрегатов (систем), строят характеристики интенсивности отказов i(t) и вероятности безотказной работы P(t). Далее по установленному уровню надежности Я(*)уст находят технический ресурс Грее, т. е. допустимую наработку агрегатов, при которой уровень надежности (вероят­ность безотказной работы) будет не менее установлен­ного P(t)уст (рис. 1.13).

Таким образом, определение технического ресурса планера самолета, его агрегатов оборудования и систем производится как минимум в два этапа. При запуске в серийное производство устанавливаются начальные сроки службы планера самолета, агрегатов оборудова­ния и систем, которые, как правило, равны гарантийным срокам службы. Затем на основании исследований и ис­пытаний, а также опыта эксплуатации начальные сроки службы продлеваются до установления максимально допустимого срока службы (т. е. технического ресурса планера самолета, агрегатов оборудования и систем).