CC BY
103
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика, прочность, поддержание летной годности ВС
УДК 621.193.013
ПРИМЕНЕНИЕ М8С-3 ДЛЯ ЗОННОГО АНАЛИЗА КОНСТРУКЦИИ ПАССАЖИРСКОГО САМОЛЕТА ПО УСЛОВИЮ КОРРОЗИОННОГО ПОРАЖЕНИЯ НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
А.В. ЛАПАЕВ, О.В. МИТРОФАНОВ
В статье затронута проблема оценки коррозионных поражений воздушных судов (ВС) гражданской авиации (ГА) на стадии проектирования.
Ключевые слова: самолет, коррозионные поражения, эксплуатация, проектирование, поддержание летной годности.
Для обоснования проектных ресурсов конструкции самолетов и последующего решения практических задач в эксплуатации необходимо располагать общей картиной о повреждаемости элементов конструкции планера самолетов. Одним из наиболее частых повреждений конструкции планера самолетов гражданской авиации в процессе эксплуатации является коррозия [1] (рис. 1). Своевременное обнаружение и устранение коррозионных дефектов является одной из обязательных процедур поддержания летной годности воздушных судов.
Задача по решению проблемы коррозионного Усталость 6% поражения элементов конструкции самолетов в
эксплуатации должна быть поставлена в максимально развернутой форме ещё на стадии проектирования конструкции, а в процессе эксплуатации самолета проводится доработка сформированной программы по борьбе с коррозионным поражением конструкции самолета.
На рис. 2 представлена общая схема анализа коррозионного поражения элементов конструкции самолетов при проектировании, которая включила в себя следующие основные этапы:
- зонный анализ элементов конструкции самолёта по условию коррозионных поражений;
- исследование прочностных характеристик типовых элементов конструкции самолета с коррозионными поражениями;
- оценка предельного состояния элементов конструкции с коррозионными поражениями;
- исследование характеристик коррозионной ст ойкости типовых элементов конструкции самолета и конструктивных соединений.
Из общей схемы анализа коррозионного поражения элементов конструкции самолета видно, что на этапе проектирования требуется проведение зонного анализа конструкции.
Все пассажирские самолёты имеют схожую компоновку фюзеляжа, который состоит из пассажирского салона, багажных отсеков, технических отсеков, зон буфетов, зон туалетов. Основываясь на данном факте, по результатам оценки коррозионного состояния пассажирских самолётов, находящихся в эксплуатации, проведён анализ предполагаемого коррозионного поражения элементов конструкции проектируемого межрегионального самолёта.
Для формирования этапов зонного анализа использовалась методика зонного анализа, предложенная в документе МБО-3 [2]. На рис. 3 представлена схема зонного анализа конструкции самолёта по условию коррозионного поражения.
Рис. 2. Общая схема анализа конструкции самолета по условию коррозионного поражения
при проектировании
Рис. 3. Схема зонного анализа конструкции самолёта по условию коррозионного поражения
В результате:
- выделены предполагаемые зоны конструкции фюзеляжа самолёта с коррозионными поражениями;
- составлена рабочая таблица общих характеристик для каждой зоны самолёта;
- для каждой зоны составлен перечень предполагаемых конструктивных элементов с возможным коррозионным повреждением в процессе эксплуатации самолёта (табл. 1).
При формировании перечня зон коррозионных поражений и конструктивных элементов, подверженных коррозии, конструкция самолёта рассматривалась по принципу „сверху-вниз“, а именно: по данным изготовителя конструкция фюзеляжа самолёта разбивалась на отсеки, далее, для каждого отсека, рассматривались все конструктивные элементы, входящие в отсек. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будут категорированы все элементы конструкции фюзеляжа.
На рис. 4 представлена общая схема конструкции фюзеляжа проектируемого транспортного самолёта с предполагаемыми зонами повышенного коррозионного поражения.
На основании полученных результатов сформирована Программа проведения работ по контролю коррозионного состояния конструкции для проектируемого самолета и предложен перечень работ, в виде карт контроля, для программы.
Зоны контроля коррозии и входящие в них конструктивные элементы должны быть установлены в целях поддержания устойчивости самолёта к коррозионным повреждениям в результате постоянного (связанного со сроком службы) ухудшения технического состояния из-за химического взаимодействия или воздействия внешней среды. Ожидается, что контроль этих зон позволит сохранять коррозионную повреждаемость самолёта в эксплуатации на допускаемом уровне.
Зоны осмотров для выявления коррозионных повреждений приемлемы для всех самолётов, впервые поступающих в эксплуатацию. На основе индивидуального опыта конкретного эксплуатанта могут быть внесены изменения и корректировки. Дополнительные работы по осмотрам, связанные с программой предупреждения коррозии, приемлемы, начиная с некоторого порога наработки (срока службы). Принятие такого решения базируется на опыте работ изготовителя и эксплуатанта с подобными конструкциями планера самолёта с учетом рассмотрения различий в конструктивных основных решениях, таких как выбор материала, процесс сборки, системы защиты от коррозии, конструкции буфетов-кухонь, туалетов и т.п.
Рис. 4. Зоны предполагаемого коррозионного поражения фюзеляжа проектируемого самолёта
Таблица 1
Перечень предполагаемых элементов конструкции фюзеляжа проектируемого самолета
с коррозионными поражениями
№ п/п Наименование элементов конструкции Зона
1 Поперечные балки пола Элементы конструкции пола переднего модуля кухни и туалета
2 Балки бимса
3 Шпангоуты
4 Стрингеры
5 Фитинги по стрингерам
6 Стрингеры Элементы конструкции в первом грузовом помещении
7 Внутренняя поверхность обшивки
8 Стрингеры Элементы конструкции во втором грузовом помещении
9 Внутренняя поверхность обшивки
10 Стрингеры Элементы конструкции пола заднего модуля кухни и туалета
11 Фитинги по стрингерам
12 Шпангоуты
13 Нижняя часть гермошпангоута
14 Поперечные балки пола
15 Балки бимса
Для более полного анализа согласно схемы, представленной на рис. 2, проведен комплекс работ по оценке влияния коррозионных поражений на усталостную долговечность элементов конструкции планера проектируемого самолета.
1. Характеристики усталостной долговечности для образцов с коррозионным дефектом и образцов с центральным отверстием, изготовленных из обшивки фюзеляжной панели (сплав марки 1163 АТВ заготовка лист) и стенки стрингера фюзеляжной панели (сплав марки 1163Т заготовка плита)
Испытания на усталостную долговечность проводились при отнулевом цикле нагружения при двух уровнях напряжений ЯпР™т°]. и ЯпР™т°2 < Я™™'”02). Вид образца, положение и
форма искусственного коррозионного поражения приведены на рис. 5. На рис. 6 представлен результат металлографического анализа.
Отверстия под захваты
Рис. 5. Вид образца с искусственным коррозионным дефектом
а б
Рис. 6. Вид коррозии на образцах, вырезанных из обшивки (а) и стрингера (б) фюзеляжной панели. Участок поперечного сечения образца. Увеличение 60х: а - обшивка фюзеляжной панели; б - стрингер фюзеляжной панели
В ходе обработки результатов эксперимента получены регрессионные зависимости между числом циклов нагружения до разрушения и параметром коррозионного поражения
N = f (V) . (1)
В качестве параметра коррозионного поражения рассматривался объем коррозионного поражения V.
2. Построены индивидуальные кривые усталостной долговечности образцов с коррозионным поражением. Определен предельный размер коррозионного поражения
Регрессионные зависимости (формула 1) позволяют построить кривые усталостной долговечности для интересующего размера коррозионного поражения, рассматриваемого типа и формы
s = f (N), const = V. (2)
По методике, изложенной в работах [3, 4, 5, 6], используя кривые усталостной долговечно-
сти (формула 2), получена предельная глубина коррозионного поражения для рассматриваемых элементов конструкции фюзеляжа самолета (табл. 2).
Таблица 2
Предельные значения глубины коррозионного поражения
Марка сплава Г лубина коррозионного поражения, в %-х от толщины образца
1163 АТВ 40 %
1163Т 46 %
Выводы
В результате проведенного зонного анализа элементов конструкции проектируемого межрегионального самолета составлен предварительный перечень конструктивно-важных элементов конструкции фюзеляжа проектируемого самолета, требующих повышенного контроля на предмет появления коррозионных поражений.
По результатам исследования характеристик усталостной долговечности для образцов с коррозионным дефектом определен предельный размер коррозионного поражения для рассматриваемых сплавов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лапаев А.В., Шапкин В.С. Коррозионное поражение, как один из опасных дефектов транспортных конструкций / Тезисы докладов Региональной научно-практической конференции СГУПС 27-29 ноября 2002 г. — Новосибирск. — СГУПС, 2002.
2. ATA MSG—3 Основные положения по разработке требований к плановому техническому обслуживанию самолета // Изменение, 2003.
3. Лапаев А.В., Сахин И.В. Некоторые вопросы оценки предельных состояний элементов авиаконструкций с коррозионными повреждениями // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика, прочность, поддержание летной годности, № 60, 2003.
4. Лапаев А.В. Оценка долговечности и предельного состояния элементов конструкции с коррозионными поражениями из сплава марки 1163АТВ // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность, поддержание летной годности ВС, № 130, 2008.
5. Гришин А.Н., Лапаев А.В., Шапкин В.С. Концепция определения уровня коррозионного повреждения листового конструкционного материала на основе расчетно-экспериментальной оценки допустимых размеров коррозионного поражения // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность, поддержание летной годности ВС, № 130, 2008.
6. Зубарев А.П., Лапаев А.В., Лапаев В.П. Использование обобщенного параметра коррозионного поражения для оценки долговечности элементов конструкций с коррозионными поражениями // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность, № 119, 2007.
ADAPTATION MSG-3 FOR ZONE ANALISIS OF CIVIL AIRCRAFT CONSTRUCTIONS WITH CORROSION DEFECTS ON THE STAGE OF DESIGNING
Lapaev A.V., Mitrofanov O.V.
The article deals with problem of corrosion defects of civil aircraft on the stage of designing.
Сведения об авторах
Лапаев Артем Валерьевич, 1977 г.р., окончил НГТУ (2000), кандидат технических наук, автор 26 научных работ, область научных интересов - эксплуатация воздушного транспорта, прочность летательных аппаратов.
Митрофанов Олег Владимирович, 1966 г.р., окончил МАТИ (1989) и МГУ (1992), доктор технических наук, начальник Департамента прочности ЗАО "Гражданские самолеты Сухого", профессор кафедры механики материалов и конструкций МАТИ им. К.Э. Циолковского, автор более 100 научных работ, область научных интересов - проектирование авиационных конструкций из композитных материалов.
