1939

зависит от способа обеспечения безопасности по условиям усталостной прочности - безопасный ресурс или эксплуатационная живучесть.

Безопасный ресурс применяется тогда, когда появление трещин» можно обнаружить только после окончательного разрушения конструкций. В этом случае невозможно надежно обнаружить наступление предкритического состояния, поэтому эксплуатация прекращается, как только наработка достигает величины безопасного ресурса, назначенного независимо от состояния конструкции. Величина коэффициента выбираете! таким образом, чтобы в пределах безопасного ресурса разрушения конструкции было бы практически невероятным.

При применении эксплуатационной живучести конструкция должна задать достаточной прочностью, обеспечивающей безопасность при появлении повреждений (трещин), которые могут быть обнаружены специальных осмотрах. При этом весь парк самолетов эксплуатироваться до наработки, при которой появляются трещины конструкциях с наименьшей усталостной долговечностью. Принцип эксплуатационной живучести обеспечивает повышение надежное!* летательных аппаратов за счет осмотров конструкции и дает возможность увеличить их ресурс по сравнению с принципом безопасного ресурса. Проектирование самолетных конструкций осуществляется поэтапно. Hа этапе технического задания и технического предложения разработчиком производителя выбор типа конструкции и конструкционных материалов для обеспечения прочности при принятой по статистическим данным весе конструкций.

На этапе аванпроекта разработчик определяет расчетные условия прочности предварительно оценивает нагрузки в соответствии с требованиями Норм летной годности самолетов. На этом же этапе продолжается выбор основных конструкционных материалов и вариантов силовой

60

компоновки конструкции, с предварительной расчетной оценкой допустимых напряжений исходя из требований статической прочности, усталостной прочности и живучести. Производится предварительная оценка веса конструкции.

На стадии эскизного проекта разработчик производит проектные расчеты нагрузок, окончательный выбор конструкционных материалов и силовой схемы конструкции, а также уточняет оценку ее веса.

На этапе рабочего проекта разработчик производит уточнение внешних нагрузок напряженно-деформированного состояния конструкции. На этом этапе используются результаты испытаний конструктивных элементов и агрегатов конструкции с подробной тензометрией. На стадии рабочего проектирования Должна быть в основном закончена отработка силовых элементов конструкции по условиям статической прочности, усталостной прочности и живучести, а также по Условиям обеспечения безопасности с учетом явления аэроупругости. В конце этого выделяется первый экземпляр опытного самолета для проведения статических испытаний, кроме того, до начала серийного производства проводятся летные испытания опытного образца самолета с целью определения напряженно-деформированного состояния и критических скоростей непосредственно по результатам прямых измерений.

На этапе начала серийного производства выполняется незначительная доработка силовой конструкции для устранения отдельных недостатков, выявленных в результате летных и окончательных проверочных расчете.

Разработчик и завод-изготовитель совместно с научноисследовательскими институтами проводят следующие работы: статические испытания головного серийного самолета, копровые испытания серий стоек шасси, частотные испытания головного серийного самолета, лабораторные испытания серийного самолета на усталость в объеме

61

сертификационного минимума, сбор статических данных по повторяем перегрузок и нагрузок в летных условиях.

В настоящее время для основной силовой конструкции самолета принято считать достаточным критерием надежности по условиям усталостной прочности значение − для так называемой нормы разрушения, т.е. средней вероятности разрушения одного экземпляра конструкции за 1 ч полета или вероятности разрушения каждого экземпляра конструкции (в течение установленного

срока службы) порядка .

Поскольку обеспечение усталостной прочности конструкции современных самолетов при возросших ресурсах невозможно без определенного обязательного технического обслуживания в эксплуатации (в виде осмотров и ремонтов), то эти требования имеют прямое отношение i рассматриваемой проблеме.

Трудоемкость технического обслуживания составляет порядка 8-10 человека

Ряд катастроф пассажирских и транспортных самолетов вследствие усталости конструкции, а также большое число трещин, выявленных в процессе эксплуатации и повлекших за собой необходимость дорогостоящих ремонтов и Умственных доработок, выдвинули проблему обеспечения ресурса в ряд задач, решаемых не при доводке уже созданной конструкции, а в самом начале ее проектирования.

Дня современных конструкций из алюминиевых сплавов с применяемыми способами соединения деталей (заклепочные и болтовые) существует некоторый предел напряжений, зависящий от долговечности, выше которого нельзя обеспечить требуемую усталостную прочность при существующей технологии. Этот предел в первом приближении можно охарактеризовать допускаемыми напряжениями σдоп при расчете на статическую прочность. Зависимость σдоп, от требуемого ресурса, построенная для нижней обшивки крыла из материала типа Д16Т при

62

коэффициенте надежности, равном η=3 (отношение средней долговечности к требуемому ресурсу), приведена на рис. 7.

Рис. 7. Типовое нагружение крыла пассажирского самолета

НАДЕЖНОСТЬ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И ЕЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Обеспечение надежности на этапе проектирования, по американским денным отказы ЛА " ", "Атлас", "Титан" распределяются так: из-за ошибок проектирования и конструирования - 30%; из-за ошибок производства – 30%; изза нарушения правил эксплуатации – 40%.

Надежность не является таким свойством, которое можно придать готовому изделию. Надежность обеспечивается рядом мер, принимаемых на всех этапах, начиная от создания изделия и кончая его эксплуатацией. Существует формула, согласно которой надежность закладывается при проектировании, обеспечивается в

63

процессе производства, «достигается в процессе экспериментальной отработки и поддерживается при эксплуатации. На каждом этапе "жизни" ЛА надежность зависит от ряда факторов и обеспечивается соответствующим изменением этих факторов.

Наиболее существенно влияние на надежность на этапе проектирования оказывает величина коэффициента безопасности, применяемая при расчете конструкции на прочность. Коэффициент безопасности при детерминированных расчетах на прочность определяет массу металла, воспринимающего действующие нагрузки.

Значение надежности конструкции зависит не только от коэффициента безопасности. Надежность зависит от истинных величин прочности материала, геометрических параметров сортамента и внешних нагрузок, действующих на конструкцию. Все перечисленные параметры являются вероятностными категориями (либо случайными процессами, либо случайными величинами). В расчетах на прочность они принимаются величинами детерминированными. При этом прочность материала принимается как минимальная величина, указанная в ГОСТ, геометрические параметры - минимальные с учетом допусков по ГОСТ, внешние нагрузки - максимально возможные. Применение этих параметров в виде случайных процессов или случайных величин приводит к существенному уменьшению веса конструкции уже из-за того, что учитывается, что вероятность реализации всего экстремального одновременно (прочности и геометрии - минимальных, а нагрузки - максимальной) близка к нулю, а наиболее вероятными величинами будут какие-то средние, т.е. большая прочность материала, большая толщина листа, меньшая внешняя нагрузка.

При расчете конструкции на прочность рассматриваются наиболее сложные случаи нагружения конструкции - расчетные случаи нагружения, которые для ЛА реализуются при максимальной дальности полета.

64

При расчете проектировочной надежности учитываются физические причины отказа конструкции, так как при расчете надежности сопоставляются между собой несущая способность конструкции и действующие на нее нагрузки в различных предельных состояниях. При этом рассматривается не одно предельное состояние, а все возможные, что исчерпывает возможные причины отказа конструкции.

Число элементов в конструкции, их зависимость по надежности и метод их соединения между собой влияют на величину надежности отсеков и всей конструкции в целом. Методы расчета проектировочной надежности должны учитывать и эти факторы.

Проектировочная надежность учитывает и технологию изготовления. Если, например, применяется сварка, то сварной шов, соединяющий два элемента, рассматривается как отдельный элемент конструкции, имеющий свою несущую способность. Если применяется электроточечная сварка, то каждая точка рассматривается как элемент.

Если применяется клепка, каждая заклепка рассматривается как элемент, имеющий несущую способность и обладающий определенной величиной надежности. При проектировании реальные технологические процессы заменяются их моделями, идеальными и не всегда выполняется так, как это задумано конструктором и указано в чертежах. В реальных условиях изготовления конструкции технологические процессы не во всем совпадают с их моделью. Учет этого несовпадения возможно произвести лишь статистическими коэффициентами, полученными по предыдущим изделиям.

65

Рис. 8

На рис. 8 по оси ординат отложено отношение фактической несущей способности элементов конструкции к равной, полученной согласно принятым моделям расчета; по оси абсцисс - проценты общего количества элементов. Примерно 20% всех элементов конструкции имеют фактическую несущую способность, большую расчетной; примерно 10% - меньшую, а для 70% расчетная и фактическая несущие способности совпадают.

Условия эксплуатации также возможно учесть при расчете проектировочной надежности как теоретическим путем, так и используя статистические коэффициенты по предыдущим изделиям. К условиям эксплуатации, которые можно учесть, построив соответствующую идеальную модель, можно отнести усредненный срок хранения ЛА, дальность и вид транспортировки ЛА, дальность полета ЛА и т.д.

Следует отметить, что хотя при расчете проектировочной надежности используются идеализированные модели любого явления, как и при любом теоретическом расчете, принимается много таких допущений, которые идут в запас надежности, т.е. из-за которых теоретически рассчитанная надежность оказывается меньше реальной (соблюдается тот же принцип, что и при расчете на прочность).

66

Допущения

1.При определении статистических характеристик прочности материала, завышается разброс прочностных свойств материала, что приводит к занижению расчетной надежности.

2.Прочность сортамента определяется по испытанию образцов, вырезанных из этого сортамента. Из-за масштабного эффекта прочность сортамента выше прочности образцов, однако в расчетах прочность сортамента

принимается по прочности образцов. Так, например, для тз математическое ожидание предела прочности круглых

При отрицательных температурах конструкции прочностные свойства большинства сплавов улучшаются.

На практике при классификации изделий на годные и дефектные бывают ошибки. Эти ошибки имеют субъективный и объективный характер. Субъективные ошибки возникают при визуальном контроле годности изделия вследствие невнимательности или утомляемости контролера. Вероятность появления таких ошибок зависит от многих факторов; она имеет различную величину для разных контролеров и даже для одного и того же контролера в разные моменты времени, однако за достаточно длительный промежуток времени в среднем ее можно считать постоянной.

Объективные ошибки возникают в результате ограниченной точности измерительных приборов. В большинстве случаев к объективной ошибке измерительного прибора добавляется ошибка контролера. В результате этих ошибок годное изделие может быть признано дефектным, дефектное - годным.

Обеспечение надежности на этапе изготовления Обеспечение надежности на этапе изготовления

достигается системой мероприятий, способствующих получению заданной надежности при его изготовлении.

67

Мероприятия эти касаются оборудования, технологического процесса, технического персонала и обобщаются понятием "технологическая надежность".

С этим термином связывают в зависимости от рассматриваемой проблемы такие понятия, как "надежность оборудования", "надежность технологического процесса", "надежность изготовления изделий”

Технологическая надежность оборудования - это его свойство сохранять в заданных пределах и во времени значения показателей, определяющих качество осуществления технологического процесса.

Надежность технологического процесса - это его свойство обеспечивать изготовление продукции в заданном объеме, сохраняя во времени установленные требования к ее качеству.

Основной задачей исследования надежности технологических процессов является не анализ интенсивности отказов (как при анализе надежности технических систем), а оценка вклада отдельных элементов технологических процессов в надежность и стабильность всего процесса производства и конечного продукта этого производства .

Понятие «надежность технологического процесса» отличается от понятия точности и стабильности (ГОСТ 1694971).

Точность характеризует технологический процесс в некоторый фиксированный момент времени, в статике. Надежность же - понятие динамическое. Поэтому точность следует рассматривать как составную часть свойства надежности системы. Технологический процесс может быть стабильным, но иметь низкую надежность.

Задача технолога - оценить, насколько процесс изготовления обеспечивает соблюдение установленных требований, не рассматривая технический уровень самих изделий. Поэтому технологический процесс может обладать высокой надежностью, хотя получаемая при его реализации

68

продукция может относиться к низкой категории качества или морально устареть.

Надежность изготовленных объектов. Возникновение дефектов в процессе обработки является следствием нарушения технологической дисциплины, наличия оборудования с низкими техническими характеристиками, нарушения ритмичности работы предприятия, плохой организации труда и.т.д. Это односторонне рассматривает причины возникновения дефектов, фиксируя лишь грубые нарушения в ходе технологического процесса.

Такие характеристики качества, как отклонение фактической формы заготовок от идеальных, как правило, в той или иной форме передаются от одной операции к другой.

К технологическим факторам относятся не только те, которые учтены при расчете проектировочной надежности, но также и те, которые связаны с выполнением реального технологического процесса изготовления.

Реальный технологический процесс отличается от той модели технологического процесса, которая принята при проектировании. Например, вместо автоматической сварки в каких-то случаях применяется ручная, вместо сплошного контроля размеров применяется выборочный и т.д.

Это приводит к тому, что некоторые параметры (размеры, условия термообработки, шероховатость поверхности и т.д.) не выполняются так, как указано в чертежах. Другие параметры, влияющие на надежность, в чертежах вообще не указываются.

Большое число неучтенных параметров относится к характеристикам поверхностного слоя. Поверхностный слой отличается сложным строением, и для полной его характеристики требуется большое число параметров, большинство из которых чертежами не нормируется.

Чтобы найти технологическую надежность, необходимо учесть: проектировочную надежность, отличие реального технологического процесса от запланированного,

69