Монтаж и испытания систем самолета. Учебное пособие для СПО

проверки и отработки усталостной прочности и долговечности элементов при многократном повторении акустических нагрузок, вторые – для проверки функционирования систем и их элементов в условиях возмущения колебаний акустическим полем.

Виды испытаний. Для испытаний изделий на воздействие акустического поля проводят следующие испытания: наземные натурные непосредственно на объекте; на открытом стенде; в закрытых боксах с натурными источниками шума; в акустических камерах.

Методы проведения испытаний. После внешнего осмотра изделий и измерений параметров, предусмотренных ТУ, изделие крепят на специальном столе или опорных кронштейнах с учетом допускаемых эксплуатационных положений.

Испытания проводят с одновременным воздействием на ОИ заданного равномерного звукового давления и определенного спектра частот. Важное значение имеет состав акустического спектра мощности источника звукового давления. Продолжительность испытаний определяется требованиями программы испытаний и ТУ. При испытаниях необходимо обнаруживать у изделий резонансные частоты, на которых амплитуда колебаний точек крепления максимальна.

По окончании испытаний производят внешний осмотр и измеряют параметры, указанные в программе испытаний и ТУ.

Испытания проводят в реверберационных камерах и с помощью установок с бегущей волной.

Реверберационные камеры – помещения, в которых вследствие резонансного усиления колебаний среды, возбуждаемой источником, и отражения звуковых волн от ограждающих поверхностей создается акустическое поле высокой интенсивности.

В состав реверберационных камер входят: испытательный бокс (камера), препараторская, система генераторов звука (сирен), согласующие устройства (рупоры), система питания сирен сжатым воздухом, система формирования и управления спектрами акустической нагрузки, информа- ционно-измерительная система, шумоглушитель для эвакуации рабочего тела сирен (сжатого воздуха).

Установки с бегущей звуковой волной. Установки служат для испы-

таний на акустическую выносливость применительно к полетным условиям нагружения в ближнем акустическом поле с направлением фронта распространения звуковых волн по касательной к поверхности ОИ. Установка представляет собой туннельный канал (волновод) с сечением прямоугольной формы. Звуковые колебания в канале возбуждаются при помощи гене- раторов-сирен, устанавливаемых в головной части установки. Одно из главных требований воспроизведения бегущих волн – отсутствие отражений звука от стен канала и его торца.

61

Могут применяться комбинированные установки, которые сочетают преимущества реверберационных камер и установок с бегущей волной.

Основными элементами акустических камер являются генераторы акустических нагрузок.

Принцип действия таких генераторов основан на преобразовании энергии сжатого воздуха в акустическую.

Акустические генераторы по характеру создаваемых нагрузок разделяются на две группы: с дискретным спектром частот и непрерывным (широкополосным) спектром.

Одним из наиболее простых и универсальных генераторов звуковых колебаний является динамический громкоговоритель. С его помощью можно получить практически любой спектр частот. Основным недостатком электродинамического громкоговорителя является сравнительно невысокий (до 140 дБ) уровень звукового давления, который он обеспечивает при испытаниях.

Наибольшее распространение в качестве генераторов звукового давлений получили сирены.

По принципу действия сирены подразделяются на статические и динамические.

Принцип действия статических сирен основан на эффекте, который заключается в том, что при продувании через коническое сопло потока воздуха со сверхзвуковой скоростью в воздушном потоке перед соплом создается периодическое распределение давления с участком нестабильности. Помещая резонатор в эти участки, получают излучение звуковых волн в окружающее резонатор пространство. Статические сирены позволяют получать уровни звукового давления до 180 дБ и выше при широком диапазоне частот.

Работа динамической сирены основана на прерывании вращающимся диском с отверстиями потока сжатого воздуха, проходящего через отверстия статора (форкамеры). Периодическое перекрывание этих отверстий приводит к периодическому разрежению и сжатию воздуха за диском и образованию упругих колебаний.

Схема динамической сирены с механическим приводом представлена на рис. 6.6.

Частота генерируемых колебаний пропорциональна числу отверстий форкамеры и частоте вращения ротора и определяется по формуле

f mn60 ,

где m – число отверстий в форкамере; n – частота вращения ротора, об/мин.

62

1

6

5

Рис. 6.6. Схема динамической сирены с механическим приводом: 1 – форкамера; 2 – рупор; 3 – диск с отверстиями; 4 – подача воздуха; 5 – электродвигатель с приводом; 6 – ротор

Интенсивность звуковых колебаний регулируется изменением давления воздуха в форкамере сирены.

Геометрические размеры форкамеры должны быть такими, чтобы заключенный в ней объем воздуха не создавал резонанса на низшей собственной частоте. Для уменьшения пульсаций давления, которые могут возбуждаться в форкамере, внутренние поверхности ее облицовывают звукопоглощающим материалом. Рабочий диапазон давления воздуха в форкамере 104…3×105 Па. Повышение давления свыше 3×105 Па нецелесообразно, так как интенсивность звука при этом увеличивается незначительно. Осевой зазор между диском и торцевой частью сопл должен быть по возможности минимальным (не более 0,03…0,05 мм), чтобы уменьшить потери энергии на утечку воздуха через него. В системе воздухоснабжения генератора используются обычные устройства: задвижки, дроссель, ресивер. При значительных колебаниях воздуха в подводящей магистрали применяют автоматические устройства, поддерживающие давление в форкамере на заданном уровне. Для поддержания заданной частоты в приводе генератора устанавливают датчик обратной связи, показания которого подаются в сравнивающее устройство тиристорного привода, питающего объект регулирования – электродвигатель. Точность поддержания частоты должна быть не ниже 1,0…1,5 %.

Генератор широкополосного спектра частот с электромеханическим приводом применяют для воспроизведения случайных процессов акустического нагружения. Отличительная особенность этих генераторов – в них имеется не один, а несколько модулирующих дисков. Каждый диск имеет разное число и размеры проходных отверстий для воздуха. Отверстия по

63

окружности располагают с нерегулярным шагом. Во вращение диски приводятся от отдельных электродвигателей. Во избежание цикличности повторения воспроизводимого процесса отношения частот вращения дисков берут не кратными, при этом мгновенные комбинации положений дисков не повторяются в течение довольно длительного интервала времени. Известны две наиболее распространенные схемы генераторов этого типа: с параллельным и соосным расположением дисков.

В первой из них каждый диск работает с отдельным соплом (сирена фон Герке). Другая схема является усовершенствованием первой. Генерирование в ней происходит следующим образом. При перепаде давлений между форкамерой и рупором в проточном канале корпуса сирены образуется струя воздуха, поперечное сечение которой вследствие вращения дисков изменяется от нуля (когда отверстия в дисках не совпадают) до некоторой текущей величины, случайно изменяющейся во времени. Так как параметры струи вследствие модуляции ее ротором изменяются с большой скоростью, в горле рупора образуется система газодинамических импульсов давления, которые возбуждают звуковые волны с такой же случайной последовательностью, с которой изменяется площадь проходных отверстий в роторе.

Отношение пневматической и акустической мощностей (КПД) в сиренах этого типа примерно 8…10 %.

С помощью динамических сирен можно получить уровни звукового давления порядка 160…180 дБ при избыточном давлении воздуха

0,04…0,05 МПа.

Недостаток сирен с электромеханическим приводом – сложность воспроизведения требуемого спектра шума и автоматического управления им. Этого недостатка лишены генераторы с электродинамическим и электрогидравлическим приводом.

Испытания на воздействие ударов. Испытания проводятся с целью определения ударной прочности и устойчивости бортовых систем и их элементов.

Ударная прочность – свойство бортовых систем противостоять разрушающему действию удара с заданной перегрузкой и длительностью.

Ударная устойчивость – способность изделия выполнять свои функции в условиях ударных нагрузок.

Ударные нагрузки могут возникать на старте, посадке и транспортировании самолета и могут достигать значительных величин.

Ударные нагрузки воспроизводятся с помощью ударных стендов.

К основным эксплуатационным характеристикам ударных стендов относятся:

параметры ударного импульса;

максимальная масса ОИ;

64

размеры рабочей платформы;

габариты ударного стенда.

Впроцессе ударных испытаний требуется обеспечить заданный ударный импульс, который характеризуется величиной максимального ударного ускорения, формой кривой изменения и длительностью ударного ускорения.

Впроцессе наземных испытаний элементов бортовых систем характеристики ударных импульсов воспроизводят с достаточной долей приближения.

Бортовые системы и их элементы считаются выдержавшими испытания на ударную стойкость, если после проведения испытания не обнаруживается механических повреждений в конструкции и выходные параметры находятся в пределах норм, оговоренных в ТУ.

Сточкизренияповторяемости, ударныеиспытанияделятсянадвавида: 1) испытания, при которых воспроизводятся одиночные удары с

большой величиной ускорения; 2) испытания, при которых воспроизводятся повторные удары.

Взависимости от направления ударного импульса испытания делят-

ся на вертикальные и горизонтальные.

Стенды для испытаний на ударное воздействие классифицируют следующим образом.

По динамике возникновения ударных импульсов:

стенды, в которых ударный импульс возникает на этапе разгона;

стенды, в которых ударный импульс возникает на этапе торможения.

По источнику энергии:

стенды, в которых используются силы земного тяготения;

стенды, в которых используется энергия пороховых или других ускорителей;

стенды, в которых используется энергия сжатого газа;

стенды, в которых используется энергия электромагнитного поля;

стенды, в которых используется энергия упругих элементов при деформации (пружин, шнуров).

Ударные стенды могут быть вертикального, горизонтального и маятникового типа.

Ударные стенды обычно состоят из двух основных элементов:

1) ускорителя, сообщающего ОИ определенный уровень кинетической энергии, необходимый для создания ударного импульса с требуемой перегрузкой;

2) тормозного устройства, позволяющего получить необходимую форму и длительность ударного импульса.

65

Кроме того, в состав ударных стендов входят направляющие, датчики и аппаратура, необходимая для измерения ударных импульсов и управления процессом испытания.

При составлении планов ударных испытаний элементов бортовых систем в каждом отдельном случае необходимо выбрать вид испытаний с назначением величин перегрузок, формы и длительности ударного импульса, направление приложения нагрузок и т.д.

7. ИСПЫТАНИЯ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ

7.1. Общие понятия и определения

Герметичность – свойство изделия или его элементов, исключающее проникновение через них газообразных и (или) жидких веществ.

Испытания на герметичность – испытания с целью оценки характеристик герметичности изделия как результата воздействия на него при его функционировании или моделировании воздействий на него.

Контроль герметичности – технический контроль с целью установления соответствия изделия норме герметичности.

Герметичность может быть внешняя и внутренняя.

Внешняя герметичность связана с утечками жидкостей или газов из контролируемой системы в окружающее пространство.

Внутренняя герметичность связана с нежелательными перетеканиями жидкостей и газов из полостей высокого давления в полости низкого давления внутри системы или отдельного агрегата.

Характеристикой герметизированного изделия является степень негерметичности, определяемая суммарным расходом вещества через течи.

Течь – канал или пористый участок изделия или его элементов, нарушающий их герметичность. Различают понятия утечки и натекания.

Утечкой называется проникновение вещества из герметизированного изделия через течи под действием перепада полного или парциального давления.

Натеканием называется проникновение вещества через течи внутрь герметизированного изделия под действием перепада полного или парциального давления.

Процесс обнаружения течей называется течеисканием.

В нормативно-технической документации устанавливаются нормы герметичности изделия – наибольшие суммарные расходы вещества через течи герметизированного изделия, обеспечивающие его работоспособное состояние.

Нормы герметичности задаются, а величина течей измеряется в единицах потока, т.е. объемным расходом через течь, приведенным к опреде-

66

ленному давлению в единицу времени. Поток измеряется в ваттах (Вт) или м3 Па с-1. Кроме того, в конструкторской документации, в соответствии с градуировкой выпускаемой аппаратурой, нормы герметичности задают в

л мкм рт. ст/с, а в случае регистрации утечки жидкостей – см3 ат/с и см3 ат/ч.

Степень негерметичности может быть задана величиной:

суммарной негерметичности (утечки) для всей поверхности ОИ;

суммарной негерметичности (утечки) для единицы площади или единицы погонной длины соединения, например сварного шва;

допустимой утечки через отдельную течь в соединениях или сплошном материале.

Практически все методы испытаний на герметичность реализуются при заполнении ОИ контрольным веществом, в состав которого входит пробное вещество, прохождение которого через течь избирательно обнаруживается каким-либо детектором (течеискателем) или индикаторным средством.

Пробное вещество – вещество, проникновение которого через течь обнаруживается при течеискании.

Контрольная среда – среда, содержащая установленное количество пробного вещества.

При проверке герметичности можно использовать в качестве контрольной среды рабочие вещества – вещества, заполняющие герметизированное изделие при эксплуатации или хранении.

Течеискатель – прибор или устройство для обнаружения течей. Индикаторное средство – индикатор, содержащий индикаторное

вещество, его носитель и (или) технологические добавки.

Индикаторное вещество – вещество, в результате взаимодействия которого с пробным веществом формируется сигнал о наличии течи.

Испытательное давление при проверке герметичности должно быть равно эксплуатационному.

В зависимости от метода испытания негерметичность определяется:

по спаду давления контрольного вещества в ОИ (отключенном от источника давления) в течение заданного промежутка времени;

пятнам на фильтровальной бумаге или меловом покрытии, кото-

рыми покрываются места, где проверяется герметичность;

наличию капель на поверхности ОИ;

свечению люминофоров, добавляемых в контрольное вещество, в лучах света определенной части спектра, испускаемых специальными лампами;

появлению мыльных пузырей, возникающих на обмыленных местах ОИ, заполненного газом под требуемым давлением;

67

появлению пузырьков, выделяющихся в негерметичных местах ОИ, заполненного контрольным газом под требуемым давлением и погруженным в жидкость. В отдельных случаях может также производиться оценка размеров и скорости увеличения пузырьков газа;

обнаружению частиц газа с помощью течеискателей;

обнаружению радиоизотопов (с помощью счетчика Мюллера-

Гейгера), добавленных в контрольный газ;

изменению цвета индикаторных средств, нанесенных на поверх-

ность ОИ, в результате химических реакций с контрольной жидкостью. Эффективность испытаний на герметичность во многом определяет-

ся предшествующими технологическими операциями: очисткой поверхности ОИ от загрязнений и сушкой с целью удаления из сквозных микронеплотностей влаги.

Очистку поверхностей осуществляют в основном химическими способами, сущность которых заключается в обезжиривании загрязненных поверхностей органическими растворителями. Очистку также можно производить ультразвуковым методом или промывкой.

Общая сушка предусматривает удаление жидкости с наружных и внутренних поверхностей ОИ и производится протиркой сухими салфетками или обдувкой сжатым воздухом.

Удаление влаги из микронеплотностей осуществляется температур- но-вакуумной сушкой в термовакуумной камере или методом сушки односторонним вакуумированием.

Перед проверкой на герметичность проводят испытания на прочность путем нагружения ОИ избыточным давлением, равным

(1,2…1,5)Рраб.

7.2. Методы испытаний на герметичность

Реализация технологического процесса испытаний на герметичность предполагает обязательное наличие пяти элементов: объекта испытаний (ОИ), контрольного вещества, системы заполнения ОИ контрольным веществом, тракта течеискания и детектора или индикатора.

По условиям реализации физического принципа детектирования и состояния контрольного вещества в ОИ и тракте течеискания методы испытаний можно разделить на четыре группы:

1)газоаналитические – предусматривают заполнение ОИ контрольным газом, истечение его в газообразном тракте течеискания и регистрацию газоаналитической аппаратурой;

2)гидроаналитические – предусматривают заполнение ОИ контрольной жидкостью, истечение ее в гидравлическом тракте течеискания и регистрацию с помощью детектора или индикаторных средств;

68

3)газогидравлические – предусматривают заполнение ОИ контрольным газом, истечение его в гидравлическом тракте течеискания и регистрацию;

4)манометрические – предусматривают оценку негерметичности ОИ по косвенному показателю (изменению давления) с помощью манометрической (вакуумметрической) аппаратуры.

Взависимости от пробного вещества методы можно разделить на две

группы:

1)гидравлические (гидростатические) – в качестве пробного вещества используются жидкости (вода, масло АМГ-10, керосин и др.);

2)газовые (пневматические) – в качестве пробного вещества используются газы (азот, гелий, воздух).

Взависимости от решаемых задач методы могут быть разделены на две группы:

1)методы, применяемые для контроля суммарной герметичности;

2)методы, которые используются для локализации течи (обнаружения места расположения течи).

Методы испытаний на герметичность различаются по физическому принципу регистрации утечки пробного вещества. В зависимости от параметров процессов испытаний, а также конструктивно-технологических параметров ОИ методы испытаний могут иметь различные технологические разновидности, которые называются способами испытаний.

Большое количество методов и способов оценки герметичности объясняется тем, что каждая группа методов и способов имеет определенную чувствительность, как правило, находящуюся в узком диапазоне количественных значений. Поэтому у каждого из способов есть своя область рационального применения.

Порог чувствительности течеискания – наименьший расход пробного вещества или наименьшее давление, регистрируемое при течеискании.

При выборе метода контроля герметичности требуется, чтобы чувствительность метода измерения была бы в несколько раз выше степени негерметичности контролируемого изделия.

Для калибровки течеискателей и количественной оценки обнаруженной течи создают специальные устройства – контрольные (эталонные) течи, воспроизводящие определенный расход вещества через течь.

7.2.1.Манометрические методы

Компрессионный метод. В основе этого метода лежит способ спада давлений. Наиболее простым и распространенным вариантом его осуществления является прямое измерение (рис. 7.1).

69