С

Глава 2

овременное воздушное судно представляет собой сложный комплекс различных взаимосвязанных систем, техническое состо­яние которых в совокупности определяет его летную годность в соот­ветствии с Нормами летной годности.

Обеспечение летной годности ВС по условиям прочности силовой конструкции - один из важнейших элементов общей системы обес­печения летной годности ВС.

Требования к летной годности по условиям прочности состав­ляют Нормы прочности и для разных категорий ВС содержатся в соответствующих Авиационных правилах. Так, для самолетов транспортной категории требования к характеристикам прочности конструкции содержатся в основном в разделах С «Прочность» и D «Проектирование и конструкция» АП-25 [1].

В соответствии с этими требованиями, помимо необходимости обеспечения нормированных характеристик статической прочности и аэроупругости, должно быть обосновано и доказано, что в процессе эксплуатации в пределах установленных ограничений (ресурсов и сроков службы) характеристики прочности не снизятся ниже допустимого уровня вследствие воздействия на конструкцию различных эксплуатационных факторов (многократно повторяю­щихся переменных нагрузок, приводящих к возникновению трещин усталости; агрессивной внешней среды, вызывающей коррозию материалов конструкции, случайных механических воздействий, приводящих к местным деформациям, и т.д.).

Современные требования и методология обеспечения соответствия этим требованиям сложились в результате развития отечественных Норм прочности.

Первая попытка установления нормативных требований к прочности самолета относится к 1916 г., когда возглавляемая

Н.Е. Жуковским комиссия (А.Н. Туполев, А.А. Архангельский, С.П. Тимошенко и др.) сформулировала ряд условий, которые необходимо учитывать при определении прочности конструкции самолета.

Дальнейшие работы по нормам прочности велись уже в ЦАГИ. На основе проведенных исследований созданы первые отечествен­ные нормы прочности - «Временные русские нормы 1925 г.», а уже в 1926 г. в «Трудах ЦАГИ» были опубликованы «Нормы прочности при статических испытаниях», которые содержали почти все понятия и определения статической прочности, используемые в современных нормах.

В нормах 1937-1939 гг. впервые сформулированы требования к безопасности от флаттера, а в нормах 1953 г. - регламентированы расчетные условия прочности с учетом динамичности нагружения при полете в неспокойном воздухе и при посадке.

Требования к конструкции с позиции «ресурса» и необходимые процедуры для обеспечения выполнения этих требований впервые сформулированы в редакции Норм прочности 1961 г.

Произошедшие в 1954 г. катастрофы двух пассажирских самолетов «Комета», причиной которых стало усталостное разрушение и раз­герметизация фюзеляжа, стали катализатором проводимых во всем авиационном мире научных исследований в области усталости и живучести силовых авиационных конструкций и процесса создания на их основе системы проектирования и эксплуатации авиационной техники.

Новый раздел отечественных Норм явился результатом работы ученых ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского (Н.И. Марина,

А.И. Макаревского, Т.А. Француза, В.Л. Райхера и др.), который вобрал в себя и достижения западных специалистов в этой области знаний.

Нормы прочности вошли составной частью (глава 4 «Прочность конструкции самолетов») в первое (1967 г.) издание Норм летной годности самолетов (НЛГС-1), в которых раздел 4.9 содержал требования к обеспечению безопасности полета по условиям усталостной прочности конструкции.

От издания к изданию (вплоть до НЛГС-3) и введением различных поправок эти требования расширялись и трансформировались - появились понятия «живучесть», «безопасная повреждаемость», «остаточная прочность» и т.д., а с ними и новые подходы к обеспечению безопасности конструкции по условиям прочности.

Как результат работы по гармонизации отечественных норм летной годности с западными (прежде всего - FAR) в 1994 г. для самолетов транспортной категории были введены Авиационные правила АП-25, в которых вопросам усталостной прочности посвящен в основном параграф 25.571 «Оценка допустимости повреждений и усталостной прочности конструкции» раздела С.

Введенный 30 декабря 1996 г. рекомендательным циркуляром АР МАК МОС 25.571 «Обеспечение безопасности конструкции по условиям прочности при длительной эксплуатации» к АП-25 [2] конкретизирует общие положения 25.571 и дает представление о совокупности современных требований к системе обеспечения и поддержания летной годности по условиям прочности и методах обеспечения соответствия им, сохраняя при этом в определенной степени преемственность с апробированными отечественной практикой подходами и методами, содержащимися в НЛГС-3.

Эволюция требований к конструкции в части обеспечения безопасности по условиям ресурса более подробно будет описана далее. Здесь же отметим только то, что в современном виде АП и МОС 25.571 представляют собой гармонизированную со стандартами ИКАО и с западными нормами систему требований к конструкции, процедурам доказательства соответствия этим требованиям при сертификации и мероприятиям в эксплуатации, которые в совокупности должны обеспечивать:

Э- малую вероятность возникновения усталостных повреждений в силовых элементах конструкции в течение всего срока эксплуатации и ее практическую невероятность в период до начала осмотров и для неконтролируемых элементов конструкции (высокие усталостные характеристики);

Э- свойство конструкции сохранять работоспособность при нали­чии усталостных или развивающихся по механизму усталости случай­ных эксплуатационных повреждений, а также производственных дефектов до момента их выявления и устранения (высокие харак­теристики живучести и остаточной прочности);

Э- стойкость к коррозионным повреждениям;

А усталостную прочность при акустических нагрузках;

Э- стойкость к повреждениям от дискретных источников.

Максимально полное соответствие этим требованиям обеспечи­вается системным подходом, реализуемым на всех этапах жизнен­ного цикла самолета - закладывается при проектировании, под­тверждается при испытаниях и сертификации, поддерживается необходимыми мероприятиями в эксплуатации (табл. 2.1).

Именно такой подход реализует созданная усилиями ученых отраслевых НИИ (ЦАГИ, СибНИА, ГосНИИ ГА, НИИ ЭРАТ ВВС и др.) и специалистов самолетостроительных КБ, работников раз­личных государственных министерств и ведомств, а с 1991 г. и спе­циалистами АР МАК комплексная, охватывающая все этапы жиз­ненного цикла ВС, постоянно развивающаяся система обеспечения и поддержания летной годности, обеспечивающая необходимый уровень безопасности эксплуатации воздушных судов по условиям прочности.

Основы этой системы заложены в начале 60-х гг. XX века и за прошедшие годы в развитие, совершенствование и повышение надежности этой системы вложены огромные интеллектуальные, финансовые и организационные ресурсы государства.

Эффективность и надежность этой системы подтверждена опытом создания и эксплуатации больших парков отечественных самолетов, а ее соответствие международным требованиям и стандартам безопасности - в процессе сертификации российских самолетов в иностранных регистрах.

В то же время изменившаяся структура отрасли и механизмы управления ею, развитие информационных технологий и методов логистической поддержки эксплуатации, стоящая перед авиационной промышленностью задача повышения конкурентоспособности отечественных самолетов требуют существенной модернизации и развития системы обеспечения и поддержания летной годности вообще и по условиям прочности в частности.

Это развитие должно базироваться на накопленном опыте функци­онирования существующей системы. Ее теоретические основы и основные положения достаточно широко опубликованы (например, одно из наиболее доступных и систематизированных изложений [3]) и будут рассмотрены в последующих главах наряду с подробным анализом отдельных ее компонентов.

Задача этой главы - следуя приведенной в табл. 2.1 последователь­ности этапов жизненного цикла ВС, дать общее представление об

опыте практической реализации отечественной системы обеспечения и поддержания летной годности самолетов по условиям прочности.

Таблица 2.1

Работы по обеспечению и поддержанию летной годности на этапах жизненного цикла самолета

Этап жиз­ненного цикла	Содержание работ	Участники работ	Результаты работ
Проектиро­ вание	Прогнозирование ожидаемых условий эксплуатации и типовой нагруженности конструкции. Определение конструктивно-силовой схе­мы и конструирование с учетом норма­тивных требований обеспечения безопас­ности по условиям прочности в пределах проектных ресурсов и сроков службы. Экспериментальная отработка различных вариантов конструкции. Проектировочные и поверочные расче­ты характеристик долговечности и живу­чести критических мест конструкции. Определение величин допустимых нара­боток в эксплуатации и условий их дости­жения. Определение стратегии технического об­служивания и разработка эксплуатацион­ной документации	Разработчик, НИИ про­мышленности и гражданской авиации	Комплект конс­трукторской и эксплуатацион­но-технической документации
Испытания	Натурные лабораторные испытания с целью подтверждения (уточнения) ре­сурсных характеристик конструкции и выявления неучтенных расчетами крити­ческих мест конструкции. Летные испытания по подтверждению (уточнению) нагруженности конструкции на типовых режимах эксплуатации	Разработчик, испытательные лаборатории промышлен­ности, серти­фикационные центры АР МАК	Перечень необ­ходимых дора­боток. Уточнение ус­ловий отработ­ки проектных ресурсов
Сертифика­ ция и допуск к эксплуата­ции	Разработка, экспертиза и одобрение до­казательной и эксплуатационной доку­ментации, подтверждающей соответствие типовой конструкции требованиям СБ в пределах устанавливаемых ресурсов и сроков службы. Оформление разрешительной документа­ции	Разработчик, АР МАК и его сертификаци­онные центры, авиационные власти	Сертификат типа. Одобренные АР МАК За­ключения и разделы РЭ, определяющие величины до­пустимых нара­боток и условия их отработки и увеличения. Решение о допуске к эксплуатации и ресурсный бюллетень

Продолжение табл. 2.1

Серийное производс­ тво	Обеспечение соответствия изготавливае­мых изделий типовой конструкции. Внедрение доработок конструкции по ре­зультатам испытаний и эксплуатации	Завод-изготови­ тель, разработчик
Эксплуата­ ция	Мониторинг условий эксплуатации и тех­нического состояния. Разработка (на базе данных мониторинга) и реализация мероприятий по поддержа­нию летной годности. Увеличение величин допускаемых в экс­плуатации наработок и определение усло­вий их достижения	Разработчик, завод-изготови­ тель, эксплуатанты, центры ТОиР, авиационные власти, АР МАК и его сертификаци­онные центры, НИИ промыш­ленности и гражданской авиации	Снятие времен­ных ограниче­ний величин допустимых наработок. Уточнение условий отра­ботки действу­ющих и вновь устанавлива­емых (увеличенных) ресурсов и сро­ков службы

Содержание данной главы во многом базируется на опыте ра­бот по обеспечению и поддержанию летной годности самолетов ОАО «Туполев».

«Туполевскую» школу создания и поддержания летной год­ности высокоресурсных пассажирских самолетов создавали и совершенствовали такие известные и авторитетные в авиаци­онном сообществе специалисты, как В.Б. Лоим, Ф.А. Кочарян,

В.В. Сулименков, В.А. Игнатушкин, И.Б. Гинко, В.П. Шунаев, В.С. Мартынов, Р.Р. Рубенов, В.М. Либман и другие.

Эта школа формировалась одновременно с формированием оте­чественной системы обеспечения и поддержания летной годности самолетов по условиям прочности и в тесном взаимодействии с создававшими и развивавшими ее учеными ЦАГИ (Т.А. Француз, В.Л. Райхер, А.Ф. Селихов, Ю.А. Стучалкин, Г.И. Нестеренко, В.Г. Лейбов, В.С. Дубинский, К.С. Щербань...), ГосНИИ ГА (В.А. Антонюк,М.С. Громов,А.С. Левин,А.В. Алакоз...),СибНИА (Д.Ф. Рыков, В.П. Лапаев, А.П. Зубарев...), а также в сотрудничес­тве со специалистами ведущих отечественных самолетных КБ: «Ильюшин» (Е.Я. Виноградов, Б.Н. Евдокимов, В.И. Абрамов, В.Е. Стрижиус...), «Яковлев» (Н.Н. Крумин, А.Н. Смирнов,

2. Х. Сахин...), «Антонов» (Е.А. Шахатуни, Г.Г. Онгирский,

3. И. Емельянов, А.И. Семенец...).