Испытание изделий авиационной техники с применением нового программного обеспечения для сбора, обработки данных и построения текущего состояния деформированного изделия

Повышение прочности и надежности изделий и элементов конструкций летательных аппаратов относится к числу приоритетных направлений в машиностроении. Обеспечение прочности высоконапряженных ответственных элементов конструкций летательных аппаратов с учетом условий их сопротивления усталости требует достоверных данных по усталостным свойствам как самого конструкционного материала, так и изделия в целом с учетом диссипа-ционных свойств их характеристик. В последние годы возросло число случаев разрушения изделий авиационной техники вследствие их усталости. Во-первых, это связано с увеличением срока эксплуатации современных машин наряду с ростом скоростей, что означает возрастающую степень увеличения интенсивности их эксплуатации; во-вторых, применяются новые высокопрочные материалы, зачастую с невысокими усталостными характеристиками; в-третьих, уменьшение веса конструкций изделий приводит к повышению их напряженного состояния. В настоящее время необходим комплекс теоретических и экспериментальных исследований, направленных на выяснение характера проявления физической картины процессов, протекающих как в элементах конструкции, так и в самом материале [1]. Данный подход к решению задач прочности изделий рассматривается впервые и обладает несомненной научной значимостью.

Целью исследования является предоставление предприятиям авиационной промышленности методики испытания изделий авиационной техники с использованием специального программного обеспечения для сбора, обработки результатов испытаний и построения деформированного состояния испытываемого изделия в реальном времени.

Материалы и методы исследования

Для проведения испытаний разработана конструкторская документация: сборочные, деталировочные чертежи, учебно-технические плакаты, формуляры и руководства по эксплуатации стендов для испытаний на усталостную прочность.

Разработаны чертежи четырех стендов: стенд для испытания среднего участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги с подключением противообледенительной системы и без нее, показанный на рисунке 1; стенд для испытания комлевого участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости вращения; стенд для испытания комлевого участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги.

По разработанным чертежам были изготовлены стенды для ресурсных испытаний образцов лопасти несущего винта вертолета: стенд для испытания среднего участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги с подключением противооблединительной системы, представленный на рисунке 2 а; стенд для испытания среднего участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги, показанный на рисунке 2 б; стенд для испытания комлевого участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости вращения, представленный на рисунке 2 в; стенд для испытания комлевого участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги, показанный на рисунке 2 г [2].

Рис. 1. Схема стенда для испытания среднего участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги

Стенды предназначены для динамических испытаний образцов лопастей несущего винта на усталостную прочность посредством воспроизведения нагрузок, предусмотренных программой испытания. По результатам испытаний принимается решение о соответствии объекта установленным техническим условиям.

Для всех стендов для испытания на усталостную прочность лопастей несущего винта разработаны формуляры и руководства по эксплуатации.

Результаты исследования

Важнейшим свойством, характеризующим надежность авиационных конструкций, является долговечность, определяемая сроком службы и ресурсом. Ресурс элементов конструкций определяется различными условиями: усталостным разрушением деталей, износом деталей, наличием остаточных деформаций, коррозией и другими факторами [3]. Проведение усталостных испытаний образцов лопасти несущего винта осуществляют при нагрузках, которые выбраны на основании поверочных расчетов на прочность рулевого винта вертолета в зависимости от максимальных амплитуд переменных изгибных напряжений, действующих в плоскостях наименьшей и наибольшей жесткости на относительном радиусе от скорости полета вертолета. В [4] предлагается методика прогнозирования длительной прочности изделий, где используют экспериментальные данные, полученные при исследовании температурно-силовых зависимостей долговечности по предложенной методике испытаний. В [5, 6] приведены результаты исследований расчетно-экспериментального определения сопротивления усталости элементов конструкций.

а                      б                     в                     г

Рис. 2. Стенды для испытания на усталостную прочность образцов лопастей несущего винта вертолета: а ‒ стенд для испытания среднего участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги с подключением противооблединительной системы; б ‒ стенд для испытания среднего участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги без подключения противообледенительной системы; в ‒ стенд для испытания комлевого участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости вращения; г ‒ стенд для испытания комлевого участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги

Проведение усталостных испытаний образцов лопастей винта осуществляется при нагрузках, которые выбраны на основании поверочных расчетов на прочность лопастей несущего винта вертолета. Предложена схема испытаний, принцип действия которой показан на рисунке 3.

Рис. 3. Схема испытаний образцов

На рисунках 4 и 5 показаны графики зависимости максимальных амплитуд переменных напряжений от изгиба, действующих в плоскостях наименьшей и наибольшей жесткости, вызванных воздействием скоростного потока.

Рис. 4. График максимальной амплитуды переменных изгибающих моментов в плоскости наименьшей жесткости

На рисунках 6 и 7 представлены графики распределения по длине лопасти нормальных напряжений, действующих в плоскостях тяги и вращения на максимальной скорости полета.

Рис. 5. График максимальной амплитуды переменных изгибающих моментов в плоскости наибольшей жесткости

Рис. 6. Графики переменных изгибающих моментов в плоскости тяги

Рис. 7. Графики переменных изгибающих моментов в плоскости вращения

Выводы и заключение

Для проведения испытаний разработана конструкторская документация: сборочные, деталировочные чертежи, учебно-технические плакаты, формуляры и руководства по эксплуатации стендов для испытаний на усталостную прочность. Разработаны чертежи и изготовлены четыре стенда: стенд для испытания среднего участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги с подключением противообледенительной системы и без нее, стенд для испытания комлевого участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости вращения; стенд для испытания комлевого участка лопасти несущего винта вертолета в плоскости тяги. Разработана программа проведения ресурсных испытаний изделий авиационной техники по заданной программе испытаний, которая позволяет проводить испытания для определения параметров выносливости и установления предварительного ресурса лопастей винта вертолета. Данные результаты обладают несомненной научной значимостью, поскольку дают возможность создания адекватной системы контроля качества, обеспечения прочности изделий, установления и прогнозирования безопасного срока их службы.