Монтаж и испытания систем самолета. Учебное пособие для СПО

изменению сопротивления изоляции, коротким замыканиям электрических цепей и т.п.

Если температура падает ниже точки росы, при которой абсолютная влажность равна 100 %, и содержащийся в воздухе водяной пар достигает состояния насыщения, то выпадают осадки в виде воды, снега, росы, инея и тумана.

Наличие осадков и тумана обычно ухудшает условия работы изделий. Осадки и туман действуют на изделия так же, как и повышенная влажность воздуха.

Особенно сильное разрушающее воздействие на изделия могут оказывать морская вода и морской туман, резко ускоряющие коррозию вследствие содержащихся в них солей хлора, магния и других элементов.

Примеси в воздухе в виде песка, пыли, дыма и промышленных газов также являются факторами воздействия, которые следует учитывать при эксплуатации изделий. Пыль и песок способствуют быстрому износу движущихся частей. Пыль вызывает интенсивное разрушение покрытий всех видов и, адсорбируя влагу, способствует коррозии деталей.

Пыль – смесь твердых частиц в воздухе. Естественная пыль состоит из космической и земной частей.

Техническая пыль образуется при сжигании топлива, износе и обработке деталей.

Солнечное излучение представляет собой электромагнитные волны с длинами 0,2…5,0 мкм. Влияние солнечного излучения заключается в химическом разложении некоторых материалов. Наибольшее воздействие оказывают ультрафиолетовые лучи, которые обладают высокой энергией. От действия солнечных лучей изделия нагреваются. Как следствие этого, наблюдается изменение формы, ухудшение характеристик.

Атмосферное давление. Собственный вес столба воздуха создает атмосферное давление, которое уменьшается по мере удаления от поверхности Земли. Атмосферное давление зависит от места измерения, температуры воздуха и погоды. Колебания атмосферного давления вследствие изменения погоды составляют примерно 7 %. Для изделий авиационной техники важным фактором является пониженное атмосферное давление. Изменение давления влияет на режим теплообмена, может привести к ухудшению характеристик приборов, нарушить герметичность.

Биологические воздействия в сильной степени влияют на надежность и работоспособность изделий, причем больше всего грибковые образования, относящиеся к низшим растениям, не имеющим фотосинтеза. Оптимальными условиями развития грибков являются относительная влажность воздуха более 85 %, температура от +20 до +30 С.

Наибольшие разрушения элементов бортовых систем возникают под действием плесени. Плесень образует на поверхности материала водную

31

пленку, которая способствует его химическому разложению и потере свойств.

Другим видом биологического воздействия являются насекомые, особенно термиты, они особенно опасны для оборудования. Определенную опасность для изделий, особенно кабелей и проводов, могут представлять грызуны – крысы и мыши. Они могут повреждать изоляционные материалы, кабели, провода и элементы бортовых систем.

Специальные среды. К специальным средам относятся жидкости и газы, которые используются в качестве рабочих веществ в бортовых системах. В процессе функционирования системы эти вещества контактируют с поверхностью элементов бортовых систем, могут нагреваться и вступать в химическое взаимодействие с материалами, вызывать коррозию и разрушение.

Ионизирующие и электромагнитные излучения. В процессе вы-

полнения боевых задач самолет может подвергаться воздействию ионизирующих излучений. Гамма-излучение, нейтронное, электронное, протонное излучения, а также альфа-частицы могут вызывать повреждения элементов и нарушать работу бортовых систем.

Одним из видов внешнего воздействия являются также сильные электромагнитные поля, которые могут вызывать изменения режимов работы электронной аппаратуры. Электромагнитные поля могут создаваться радиолокационными станциями и другими излучателями.

5. КОНТРОЛЬНО-ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ СТЕНДЫ

Контроль и испытания бортовых систем самолета производятся с помощью испытательного (стендового) оборудования.

К испытательному оборудованию относятся: стенды, пульты, ис-

пытательные комплексы, насосные станции, установки для очистки, заправки и контроля чистоты рабочей жидкости и т.д.

Испытательный стенд – это техническое устройство для создания воздействий на объект испытаний, получения и снятия информации, осуществления управления процессом испытаний.

Сложность контрольно-испытательных стендов постоянно возрастает. Это объясняется многими причинами: увеличением сложности бортовых систем и их элементов, что приводит к необходимости контроля большего числа параметров; увеличением уровня, длительности приложения и усложнением спектра нагрузок, действующих на самолет в полете, которые необходимо имитировать в процессе наземных испытаний; стремлением к одновременному воспроизведению нагрузок различной природы с целью приближения условий наземных испытаний к полетным и т.д. По-

32

этому доля затрат на контрольно-испытательные работы и технологическое оснащение в себестоимости самолета неуклонно возрастает.

Сложность контрольно-испытательных стендов сопоставима со сложностью испытываемых авиационных бортовых систем, а иногда и превосходит их.

5.1. Классификация контрольно-испытательных стендов

Контрольно-испытательные стенды можно классифицировать по основным признакам.

По этапам и объектам испытаний стенды можно разделить на три группы:

1)стенды для лабораторных испытаний систем и их элементов на этапе разработки и запуска самолетов в серийное производство;

2)стенды для испытаний и контроля технологически самостоятель-

ных элементов систем после их монтажа на элементах планера в цехах агрегатной сборки до стыковки агрегатов;

3) стенды для испытаний и контроля систем в цехах окончательной сборки и на контрольно-испытательной станции.

Стенды первой группы служат для оценки правильности выбора принципиальной схемы и конструкции элементов разрабатываемой бортовой системы, а также выявления дефектов конструкции, допущенных на стадии проектирования.

Стенды второй группы служат для выявления дефектов монтажа, проверки качества работ по регулированию и наладке элементов систем.

Стенды третьей группы служат для выявления дефектов стыковки агрегатов и других технологически самостоятельных элементов, дефектов монтажа элементов систем монтируемых в цехе окончательной сборки, проверки работоспособности и контроля в цехе окончательной сборки и на контрольно-испытательной станции.

По физической природе нагрузок, воспроизводимых стендом:

стенды для механических испытаний;

стенды для испытаний на воздействие гидрогазовых нагрузок;

стенды для испытаний на воздействие термических нагрузок;

стенды для климатических испытаний;

стенды для электрических испытаний;

стенды для испытаний воздействия специальных сред и др.

По количеству нагрузок, воспроизводимых стендом:

однофакторные – воспроизводится воздействие только одного фактора;

многофакторные – воспроизводится воздействие нескольких факторов одновременно.

33

Многофакторные стенды могут быть разделены на комбинированные и комплексные.

Вкомбинированных стендах одновременно воспроизводится несколько факторов одной физической природы (например, стенд, в котором воспроизводится воздействие постоянной силы с одновременным наложением вибрации), стенды для испытаний на герметичность с одновременным воздействием вакуума и избыточного давления.

Вкомплексных стендах одновременно воспроизводится обычно целый ряд нагрузок различной природы (например, комплексный стенд с одновременным воспроизведением инерционных и вибрационных нагрузок и вакуума).

По законам изменения воспроизводимых воздействий (нагрузок)

стенды можно разделить на стенды с простым и стенды со сложным законами нагружения.

Встендах с простым законом нагружения воспроизводятся постоянные воздействующие факторы, не изменяющиеся во времени, например постоянные гидростатические давления.

Встендах со сложным законом нагружения воспроизводятся воздействия либо с плавным и относительно медленным изменением воздействующего фактора во времени по линейному или нелинейному закону, либо быстроизменяющиеся нагрузки, например в стендах для испытаний на воздействие вибрации, ударов и др.

По характеру нагружения объектов испытания стенды можно разделить на следующие виды: статические, повторно-статические, динамические и смешанные.

Статические стенды, создаваемые с целью определения статической прочности элементов бортовых систем, предназначаются для статических испытаний, которые производят при воздействии уравновешенных сил, вызывающих в ОИ статические нагрузки, например испытания баков на воздействие избыточного внутреннего давления.

Повторно-статические стенды предназначаются для испытаний на повторно-статические нагрузки, которые возникают при циклическом приложении к ОИ уравновешенных сил.

Динамические стенды предназначаются для динамических испытаний, которые производят при воздействии на ОИ неуравновешенных сил, вызывающих динамические нагрузки.

Смешанные стенды предназначаются для испытаний, в процессе которых осуществляется одновременное приложение к ОИ статических и динамических нагрузок.

По способу приема информации стенды могут быть последователь-

ного и параллельного действия. Если в стендах производится последовательный сбор информации от нескольких источников, то они являются

34

стендами последовательного действия. В стендах параллельного действия сбор информации производится одновременно от многих источников.

По степени автоматизации стенды могут быть разделены на неавтоматизированные, автоматизированные и автоматические.

Неавтоматизированные стенды – стенды, с помощью которых ис-

пытания и контроль объектов полностью осуществляются человеком. Автоматизированные стенды – стенды, которые выполняют испы-

тание и контроль объектов при частичном непосредственном участии человека.

Автоматические стенды – стенды, выполняющие испытания и контроль объектов без непосредственного участия человека.

По типу конструктивного исполнения стенды могут быть стацио-

нарными и передвижными.

По степени универсальности стенды делятся на универсальные и специализированные.

Испытательная оснастка является дополнением к стендовому оборудованию и может быть частью стендового оборудования, выполняющей определенные функции, или самостоятельным устройством, способным работать независимо от стендового оборудования.

5.2.Основные технические требования

кконтрольно-испытательным стендам

Стенды должны обеспечивать необходимые виды испытаний и контроля в соответствии с конструкторской документацией на ОИ и технологическими процессами, а также технической документацией, устанавливающей нормы и методы испытаний.

Испытательные стенды должны обеспечивать создание, регулирование и поддержание в течение установленного времени заданных условий и режимов испытания.

Силовые каркасы стендов должны иметь высокую жесткость, виброустойчивость и оптимальную массу.

Условия стендовых испытаний изделий должны быть в достаточной степени приближены к эксплуатационным. Степень приближения определяется числом одновременно имитируемых факторов, точностью имитации факторов, качеством и условиями подвода энергии и другими факторами.

Устройства для установки и закрепления ОИ при механических испытаниях не должны искажать передаваемые на ОИ механические нагрузки и должны иметь заданные частотные характеристики.

Трубопроводы, питающие ОИ жидкостями, не должны искажать характер передаваемых нагрузок и должны иметь заданные частотные характеристики и гидравлические сопротивления.

35

Стендовые элементы крепления ОИ и питающие трубопроводы не должны вызывать недопустимых напряжений и деформаций в соответствующих элементах ОИ.

Установка датчиков на элементы стенда и ОИ не должна оказывать влияние на характер воздействий и контролируемые параметры.

Создание и регулирование в течение установленного времени условий и режимов испытания должно осуществляться автоматически. Одновременно должна быть предусмотрена возможность перехода на ручное управление.

Электропитание стендов должно производиться от сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 220 и 380 В.

Источники энергопитания стендов должны обеспечивать заданный уровень качества энергии и не должны влиять на динамические свойства ОИ.

Процессы получения и обработки информации в контрольноиспытательных стендах должны быть в максимальной степени автоматизированы.

Устройства сбора, измерения, преобразования, а также средства представления информации должны обеспечивать заданную точность измерений, быть быстродействующими и помехоустойчивыми.

Линии связи в измерительных каналах стендов не должны вызывать искажений передаваемой информации.

Стенды должны стабильно работать при температуре окружающего воздуха (20 10) °С и относительной влажности 80 %.

Работающие блоки и узлы испытательных стендов не должны создавать электрические помехи.

Уровень шумов, создаваемый работающим стендом, не должен пре-

вышать 80 дБ.

Температура рабочей жидкости в гидростендах не должна превышать 80 ºС.

Стенды должны быть простыми в управлении, безотказными при эксплуатации, удобными для обслуживания и проведения ремонта.

Все металлические детали стендов, подвергающиеся воздействию имитируемых климатических факторов, должны иметь антикоррозионную защиту.

Для трущихся деталей, у которых поверхность может быть повреждена, следует применять соответствующие покрытия.

Все места смазывания должны быть легко доступны. Применяемые смазочные материалы должны обеспечивать работу механизмов в заданном интервале температур.

Пульты управления должны быть спроектированы с учетом эргономических требований.

36

Съемные кожухи, щиты, крышки и отдельные выдвижные блоки стендов должны сниматься без отключения проводов.

Для контроля исправности работы стендов должна быть предусмотрена световая или звуковая сигнализация.

Металлический корпус или каркас, а также наружные металлические или электропроводящие части оборудования должны быть надежно заземлены. Использование металлического корпуса в качестве второго провода не допускается.

Все высоковольтные цепи должны быть оборудованы автоблокирующими устройствами, обеспечивающими соблюдение правил техники безопасности.

При функционировании стенда должны обеспечиваться экологические требования по охране окружающей среды от вредных воздействий.

5.3. Структура и основные элементы стендов

Контрольно-испытательные стенды обычно состоят из двух частей, соединенных коммуникациями, – исполнительной и командной.

Исполнительная часть стенда подсоединяется к ОИ, и в ней обеспечивается подача воздействий, имитирующих эксплуатационные факторы, а также съем необходимой информации.

Командная часть обеспечивает преобразование, оценку, анализ и отображение полученной информации, управление процессом испытаний.

Исполнительная часть стенда содержит:

силовой каркас стенда;

функциональные блоки и элементы;

коммуникации;

устройства для подсоединения ОИ или приспособления для его установки и закрепления;

энергетическую часть.

Энергетическая часть обычно включает в себя источники питания стенда различными видами энергии, а также один или несколько имитаторов эксплуатационных факторов.

Имитатор – техническое устройство, воспроизводящее в процессе испытаний и контроля эксплуатационные факторы (основные и дестабилизирующие воздействия). На выходе имитаторов получают так называемые стимулирующие воздействия, которые с той или иной степенью точности имитируют эксплуатационные факторы и являются входными сигналами для ОИ или условиями, влияющими на его функционирование и надежность. Поэтому имитаторы часто называют генераторами стимулирующих воздействий, или стимуляторами.

37

Командная часть стенда содержит:

устройства для сбора, преобразования и измерения информации о параметрах имитируемых воздействий и о параметрах ОИ;

вычислительный комплекс, который может включать устройства, обеспечивающие обработку поступающей информации и выполняющие ее оценку и анализ;

средства отображения информации, полученной от ОИ, имитаторов

испециальных устройств, контролирующих работоспособность стенда;

органы ручного управления;

устройства автоматического управления.

Обобщенная структурная схема испытательного стенда представлена на рис. 5.1.

Имитаторы нагрузок

Пульт управления стендом

Рис. 5.1. Структурная схема испытательного стенда

Устройства, обеспечивающие управление узлами испытательного стенда, и средства отображения информации размещаются на одной пане-

ли и образуют пульт управления стендом.

Базой для взаимного расположения функциональных элементов стендов и ОИ служат несущие основные каркасы (корпусные элементы), а также контейнеры, стойки, шкафы и др.

38

Корпусные элементы исполнительной части стендов, испытывающие в процессе работы значительные механические нагрузки, можно разделить на две группы.

Первая группа – неподвижные корпусные элементы, такие как сварные и сборно-разборные каркасы, основания, установочные силовые плиты, рамы, силовые балки и траверсы, силовые стойки и опоры, колонны, которые могут устанавливаться в различном положении, но неподвижно закрепляются при монтаже стенда.

Вторая группа – подвижные корпусные элементы: платформы, подвижные столы, подвижные рамы, каретки, обоймы, которые во время работы стенда совершают поступательные или вращательные движения.

Структура, схемные решения и конструкция стендов определяются назначением, а также функциональными и конструктивными характеристиками испытываемых систем.

6. ИСПЫТАНИЯ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ

6.1. Испытания на воздействие высоких температур

Испытания на аэродинамический нагрев. Сверхзвуковые самолеты в полете подвергаются интенсивному аэродинамическому нагреву.

Аэродинамический нагрев является одним из основных дестабилизирующих факторов, оказывающих существенное влияние на работу бортовых систем самолета.

Испытание на воздействие аэродинамического нагрева в сверхзвуковом потоке требует больших затрат на изготовление и эксплуатацию кон- трольно-нагревательных стендов. Эти затраты могут быть значительно снижены при замене сверхзвукового потока модельным дозвуковым потоком. Эта задача может быть решена методами подобия.

Нагрев ОИ при сверхзвуковых скоростях полета моделируется на специальных тепловых стендах (рис. 6.1) при помощи потока подогретого газа, скорость которого может быть любой, в том числе и дозвуковой.

Если требуется смоделировать температуру нагрева обшивки до 1500 ºС, то испытания проводят на стенде с холодным кожухом. Воздух может подаваться в стенд от компрессора и подогреваться с помощью форсунок с топливом, или может использоваться небольшой турбореактивный двигатель.

39

Рис. 6.1. Схема стенда с холодным кожухом: 1 – подвод воздуха от компрессора; 2 – форсунки; 3 – зона нагрева воздуха;

4 – объект испытаний; 5 – кожух стенда; 6 – отбойная стенка

Для моделирования требуется, чтобы в каждой точке поверхности в любой момент времени при испытаниях ОИ на стенде температура восстановления и коэффициенты конвективного теплообмена потока совпадали с температурой восстановления и коэффициентом конвективного теплообмена в полете.

Конвективный поток и радиационный поток на стенде воспроизводятся автоматически с начала тепловых испытаний, если удовлетворяются следующие условия:

для приема излучения от объекта на стенде обеспечивается достаточно низкая температура поверхностей, ограничивающих поток на стенде;

степень черноты ограничивающих поверхностей близка к единице;

начальная температура ОИ перед испытаниями равна предстартовой температуре;

коэффициент конвективного теплообмена стенда равен коэффициенту конвективного теплообмена полетного потока;

температура воздуха в стенде равна температуре восстановления пограничного слоя в потоке.

Исходя из равенства температур и коэффициентов конвективного теплообмена, можно найти величину расхода воздуха через стенд, а также контуры стендового канала, необходимые для воспроизведения полетных тепловых режимов всех элементов конструкции ОИ.

Контролируя при тепловых испытаниях найденные таким образом параметры газового потока на стенде, получаем автоматическое обеспечение на поверхности изделия коэффициентов конвективного теплообмена без их предварительного вычисления с автоматическим учетом неизвестной нам заранее температуры поверхности. Газовый поток при этом способе моделирования аэродинамического нагрева эквивалентен (в тепловом отношении) сверхзвуковому потоку, омывающему изделие в полете.

40