книги из ГПНТБ / Конструкция летательных аппаратов учебник

энергией, в стрингер, образующий с обшивкой замкнутую по­ лость, происходит его полное разрушение от микроаэроудара

(см. фиг. 18.5).

424. Разрушение конструкции при воздействии стержнев боевых частей наступает большей частью из-за значительного снижения жесткостных характеристик частей планера. Кольцо стержней (фиг. 18.4), накрывая части планера, «режет»

Фиг. 18.6

обшивку на большой длине, что приводит к нарушению замк­ нутости контура тонкостенных конструкций и резкому снижению ее жесткости на кручение (фиг. 18.6). Это приводит к умень­ шению критической скорости флаттера (см. гл. XIII), реверса элеронов, дивергенции, потере жесткости фюзеляжа на круче­ ние и к разрушению соответствующих частей планера в поле­ те. При достаточных весе и скорости стержней в момент их воздействия на конструкцию, помимо разрушения обшивки, мо­ гут быть перебиты и элементы продольного набора, что при­ водит, наряду с уменьшением жесткости и прочности на круче­ ние, также к частичной или полной потере прочности конструк­ ции на поперечный изгиб.

425. Общие разрушения в результате аэроудара, отрыв п врежденной обшивки аэродинамическими силами в полете (осо-

бенно на |КОнцевых частях

кпотере управляемости из-за разрушения рулей.

426.Боевая живучесть топливной системы определяет способностью системы противостоять воздействию различных средств поражения.

Вывод самолета из строя при поражении элементов топлив­ ной системы (баков, агрегатов, топливопроводов) возможен по

450

причинам возникновения пожара, больших потерь топлива, пре­ кращения подачи топлива к двигателю и др.

Пожар при поражении топливной системы может возник­ нуть при взрыве ударного снаряда внутри баков и вблизи сте­ нок и трубопроводов с топливом; при проникновении осколков (стержней) снаряда, боевых частей и частиц конструкции, имеющих высокую температуру, в жидкую и паровую фазы топлива.

Вероятность возникновения и развития пожара выше для топливных систем летательных аппаратов, ведущих боевые дей­ ствия на малых высотах. На высоте более 15 км пожар обыч­ но не возникает.

Нарушение нормального функционирования топливной си­ стемы может наступить при разрушении трубопроводов и агре­ гатов системы наддува, смятии основных топливных трубопро­ водов, повреждении насосов подкачки и трубопроводов и агре­ гатов магистрали расходный бак — двигатель.

Такие разрушения могут быть нанесены как непосредствен­ ным действием снаряда, так и осколками снарядов, а также выбитыми частицами материала конструкции.

427. Боевая живучесть проводки и органов управления оп­ ределяется их стойкостью по отношению к осколочному и оско­ лочно-фугасному действию средств поражения. Проводка уп­ равления, имеющая большую протяженность на летательном аппарате, легко уязвима (особенно тросовая), даже для оскол­ ков малой энергии.

428. Боевая живучесть двигательной установки определяет­ ся ее способностью создавать потребную тягу при наличии по­ вреждений от огневых средств противника.

Поражение двигательной установки, приводящее к выводу летательного аппарата из строя, может произойти из-за общих разрушений двигателя бронебойно-разрывными снарядами; раз­ рушений лопаток турбин и компрессора, приводящих к паде­ нию тяги, а также к разрушению двигателя из-за возникнове­ ния больших вибрационных нагрузок; разрушения агрегатов и

трубопроводов топливной системы двигателя; разрушения эле­ ментов маслосистемы и заклинивания двигателя. Боевая жи­ вучесть двигательных установок разных типов различна и за­ висит от особенностей конструкции и от компоновки их на ле­ тательном аппарате.

Последствия от боевых повреждений во многом зависят от используемой системы автоматического регулирования. Воздей­ ствие дистанционных боеприпасов на входное устройство реак­ тивного двигателя может привести к падению тяги из-за помпажа и даже к самовыключению двигателя.

429. Боевая живучесть оборудования, как правило, низка.

Блоки радиооборудования и систем управления, приборное оборудование, блоки радиотехнического оборудования и т. п. яв­ ляются чрезвычайно уязвимыми по отношению ко всем типам средств поражения.

При большом насыщении современных летательных аппара­ тов различным оборудованием вероятность вывода аппаратуры из строя по причине поражения основного оборудования может оказаться значительной.

430. Боевая живучесть вооружения определяется уязви­ мостью прицелов, пусковых устройств, пушек и самих средств поражения снарядов и бомб.

Координатный закон боевой живучести всех систем, двига­ телей, элементов оборудования и вооружения, а также экипа­ жа определяется (18.2), (18.3), как для отдельных «уязви­ мы.к» агрегатов.

§ 18.3. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ БОЕВОЙ ЖИВУЧЕСТИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

431. Повышение боевой живучести летательного аппарата повышает морально-психологическое состояние членов экипажа, укрепляя их уверенность в своем боевом оружии. Эти качества тесно взаимосвязаны: повышение морально-психологического со­ стояния экипажа приводит к увеличению фактического преде­ ла накопления боевых повреждений аппарата, т. е. в конечном счете к повышению его боевой живучести.

Мероприятия, направленные на повышение боевой живуче­ сти летательного аппарата, определяются с учетом типичных для данного летательного аппарата условий боевого примене­ ния и средств его поражения.

Основное внимание при этом должно обращаться на наи­ более «слабые» места аппарата, т. е. на главные причины вы­ вода его из строя, которые следуют из анализа выражения (18.2) и способов поражения, рассматриваемых в § 18.2.

Защита экипажа от различных средств поражения сущест­ венно влияет на боевую живучесть и имеет важное морально­

452

психологическое значение. Защита достигается экранировкой ра­ бочих мест элементами конструкции и различными агрегата­ ми, а также бронированием, в частности, прозрачной броней.

432. Повышение боевой живучести планера идет по линии выбора конструктивных решений с учетом снижения эффектов

слоистые панели, усиления крепления панелей к поперечным силовым элементам, применение многостеночных и других

много раз статически неопределимых силовых схем. Кроме то­ го, выгодно избегать в конструкции небольших замкнутых объемов, объединяя их с целью большего рассеивания энергии ударной волны, а также применять материалы, не дающие рва­ ных с отогнутыми краями пробоин (предотвращение заеда­ ния рулей и меньшее ухудшение аэродинамических характери­ стик) .

433. Наибольшую опасность в пожарном отношении пред­ ставляют двигатели, топливная, масляная и гидравлическая си­ стемы. Кроме систем нейтральных газов и противопожарных взрывоподавляющих систем (см. гл. 16, § 6), может применять­ ся заполнение объемов топливных баков пористым материалом (губкой), исключающее взрывоопасную паровоздушную зону. Кроме того, применяются протектирование баков, в частности с защитным слоем коагулята, эмульгирующие присадки к топли­ ву, повышающие вязкость топлива, содержащегося в баках, и ухудшающие испаряемость топлива. В гидросистемах жела­ тельно применение невоспламеняющихся жидкостей.

434. Производятся конструктивные доработки для уменьше­ ния уязвимости отдельных агрегатов (применение стальных жаропрочных тяг системы управления в пожароопасных местах вместо дюралевых, более стойких толстостенных трубопрово­ дов и др.).

435. Широко используется экранирование жизненно важных легкоуязвимых агрегатов другими более стойкими, а также бронирование их (агрегаты двигателей, расходные топливные баки, элементы системы управления, оборудования, вооруже­ ния и др.).

436. Резервирование агрегатов также применяется для по­ вышения боевой живучести летательного аппарата (примене­ ние нескольких двигателей вместо одного, нескольких прово­

453

Г л а в а XI X

РЕСУРС ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА*

§ 19.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. ОБУСЛОВЛЕННОСТЬ РЕСУРСА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА УСТАЛОСТНЫМ

РЕСУРСОМ ПЛАНЕРА

437. Боевая эффективность и безопасность полетов лета­ тельного аппарата в значительной степени зависят от его на­ дежности. Надежность аппарата обусловливается его безотказ­ ностью, долговечностью и другими свойствами.

Под долговечностью летательного аппарата многоразового применения понимают его способность сохранять работоспособ­

нера. Планер является строительной базой аппарата. Пока со­ храняет работоспособность планер, все агрегаты и системы, ус­ танавливаемые на нем, могут в случае необходимости быть заменены на исправные. Со списанием же планера списывает­ ся летательный аппарат.

438. Долговечность планера зависит от его способности со­ противляться старению, т. е. накоплению усталостных повреж­ дений и деформаций ползучести, износу и коррозии.

Наибольшее влияние на долговечность оказывают усталост­ ные повреждения, вызываемые в основном повторными нагруз­ ками. Поэтому ресурс планера называют иногда усталостным.

Старение конструкции происходит постепенно.

В начальный период эксплуатации новой техники отказы, связанные со старением (они называются постепенными), прак­ тически отсутствуют. В этот период возникают так называемые приработочные отказы [местная потеря устойчивости обшивки (хлопуны), отрыв несиловой обшивки в зоне элеронов и за­ крылков и др.]. Такие отказы обусловливаются скрытыми де­ фектами и недоработками в процессе проектирования и произ­ водства конструкции, а также ошибками в эксплуатации но­ вой техники.

* [11], [ЗзГ[48], [590, [60], [69], [73], [75].

4)5

Во втором, основном и наиболее длительном периоде экс­ плуатации возникают внезапные отказы планера (разрушение летательного аппарата из-за случайного превышения расчет­ ных нагрузок в полете или на посадке, появление пластических деформаций крыла при превышении эксплуатационных нагру­ зок, возникновение флаттера стабилизатора из-за обрыва ба­

лансира и др.). Вероятность возникновения постепенных отка­ зов в этот период мала.

Третий период характеризуется резким увеличением отказов по старению конструкции. Поэтому этот период называется пе­

отказов нарастает из-за наличия скрытых дефектов конструк­ ции и неумелой эксплуатации. Затем, по мере выявления и уст­ ранения этих дефектов и приобретения опыта эксплуатации ин­ тенсивность отказов снижается'и во втором периоде нормаль­ ной эксплуатации (фиг. 19.1,11) она примерно постоянна. В период старения (фиг. 19.1, III) интенсивность отказов резко увеличивается.

Летательный аппарат имеет ряд частей и систем, отказы которых в полете могут привести к аварии или катастрофе и существенно снизить безопасность полетов. К таким частям и системам относятся планер, шасси, силовые установки и топ­ ливные системы, системы управления, энергоснабжения и др. Надежность этих частей и систем и безопасность полетов оцени­ ваются по известным методикам. Планер летательного аппарата является особо ответственной частью, так как разрушение пла­ нера в полете приводит почти всегда к аварии или катастрофе. Поэтому для обеспечения высокого уровня безопасности полетов вероятность возникновения отказов с опасными последствиями планера должна быть ничтожной. Это достигается совершенст­ вованием методов расчета и испытания конструкции и техноло­ гии ее производства, правильным назначением эксплуатацион­ ной перегрузки и коэффициента безопасности, исключением возможности разрушения по флаттеру и другим видам колеба­

456

ний, введением в случае необходимости системы ограничений по прочности и жесткости планера (ограничение скорости полета по бафтингу, реверсу элеронов, нагреву и т. п.) и строгим соблю­ дением этих ограничений в эксплуатации.

При использовании всех этих мер возможность возникно­ вения опасных приработочных и внезапных отказов практиче­ ски исключена. Что касается постепенных отказов, то исклю­ чить их конструктивно-производственными способами сложнее. Радикальным способом увеличения ресурса является создание конструкции, рассчитанной на повышенные значения коэффи­ циентов безопасности. Однако увеличение коэффициента безо­ пасности f приводит к резкому увеличению веса летательного аппарата. При принятых в нормах прочности значениях 1,5-ьЦ ресурс летательного аппарата обычно получается меньше вре­ мени его морального старения. Поэтому эксплуатация летатель­ ного аппарата сверх его ресурса, когда безопасность полетов резко снижается, недопустима. Отсюда видна важность зна­ ния ресурса. Знание ресурса позволяет правильно спланиро­ вать его расход в процессе эксплуатации, своевременно выпол­ нять профилактику и принять решение на списание летатель­ ного аппарата. Наконец, знание ресурса позволяет также обос­ новать потребное дополнительное количество летательных аппа­ ратов для компенсации их убыли по старению. Естественно, что в грамотном использовании и расходовании ресурса Аппа­ рата большая роль принадлежит личному составу, эксплуати­ рующему парк летательных аппаратов.

439. Рассмотрим подход к определению ресурса. Наработка летательного аппарата, начиная с которой количество посте­ пенных отказов может резко увеличиться, является случайной величиной. Для одного летательного аппарата период интен­ сивного старения наступает раньше, для другого (но того же типа) — позже. Это объясняется разбросом свойств конструк­ ции одного и того же типа и случайностью величины и чере­ дования действующих в эксплуатации нагрузок. Неслучайны­ ми характеристиками долговечности являются гарантийное и среднее время работы планера (гарантийный и средний ресурс).

Гарантийный ресурс Ггар, а также средний ресурс Т0 мо­ гут быть определены, если имеются в распоряжении вероятно­ стные характеристики процесса старения планера. Распределе­ ние времени т безотказной работы элементов планера, подвер­ женных старению, подчиняется нормальному (или нормальнологарифмическому) закону. Предположим, что известны харак­

457

тательного аппарата определяется методом последовательных приближений обычно в два этапа. На первом этапе в процессе проектирования и постройки опытного образца летательного ап­ парата определяется начальный ресурс, который, как правило,

принимается равным гарантийному. На втором этапе на основа­ нии опыта эксплуатации и специальных исследований устанавли­ вается предельный ресурс, превышение которого с высокой веро­ ятностью может привести к разрушению конструкции. Для это­ го несколько летательных аппаратов-лидеров с различным на­ летом (меньшим Ггар) снимаются с эксплуатации и подвер­ гаются испытаниями на выносливость. При этом определяется количество циклов повторных нагрузок ]\1иал, при которых кон­

458

струкция разрушается. Полагая, что снижение статической вы­ носливости элементов конструкции планера пропорционально налету аппарата т, по полученным точкам проводится прямая,

нагрузок, при которых разрушается конструкция летательного

этом методе определения ресурса является знание начального ресурса Ггар, в течение которого аппараты-лидеры могут га­ рантийно эксплуатироваться до испытаний.

Начальный ресурс опытных образцов находится с помощью расчетно-экспериментального метода. Он базируется на знании повторяемости нагрузок различных видов, действующих на ле­ тательный аппарат в процессе его эксплуатации, и характери­ стик выносливости элементов конструкции планера.

§ 19.2. ПОВТОРЯЕМОСТЬ НАГРУЗОК ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

440. Летательный аппарат в процессе эксплуатации перио­ дически нагружается различными по величине и времени дей­ ствия нагрузками. Максимальные из них, но сравнительно редко встречающиеся, учитываются при расчете статической прочно­ сти конструкции. Однако аппарат может разрушиться и при меньших, но часто повторяющихся нагрузках, при исчерпании усталостного ресурса. По частоте приложения эти нагрузки де­ лятся на повторные и переменные.

К повторным относятся нагрузки от порывов ветра (с часто­ той 0,3-ь 5 Гц) и маневренные (5—20 раз за полет), а также нагрузки, возникающие при посадке и движении по неровному аэродрому (с частотой 1—45 Гц) и при герметизации и раз­ герметизации кабины (1 раз за полет).

К переменным относятся вибрационные (с частотой 20—

500 Гц) и акустические нагрузки (с частотой 100—10000 Гц). Более опасными с точки зрения усталости являются повтор­ ные нагрузки, так как величины их больше переменных. Вместе с тем наличие переменных нагрузок усложняет условия рабо­ ты конструкции и приводит к снижению ресурса. Степень влия­ ния различных видов повторных нагрузок на ресурс зависит от типа летательного аппарата. Для неманевренных самолетов ос­ новную роль играют нагрузки от порывов ветра и нагрузки, воз­ никающие при посадке и движении по неровному аэродрому;

для истребителей, как правило, — маневренные.

459