CC BY
116
Секция «Эксплуатацияи надежность авиационной техники»
лонжеронов, изгибающий момент - полками лонжеронов, крутящий момент - замкнутым контуром или несколькими контурами, образованными в поперечном сечении крыла жесткой обшивкой и продольными стенками. Нервюры в таких крыльях работают как балки на изгиб, воспринимая воздушные распределенные нагрузки и местные сосредоточенные силы, например от узлов навески элеронов.
Если крыло имеет два лонжерона, перерезывающую силу и изгибающий момент надо распределить между ними, считая, что на передний лонжерон приходится 60-65 % нагрузки, а на задний - 35-40 %.
Далее определяются усилия в полках лонжеронов по следующей формуле:
N = Мизг / н,
где Н - средняя высота Ложерона.
Затем по формулам 8раст = N Г / °раст и 8СЖ = N Г / ° сж определяются потребные сечения полок лонжеронов крыла. °раст и осж - нормальные напряжения возникающие в полках Лонжеронов.
Толщина стенки лонжерона рассчитывается по формуле
бст = (К/Т11,
где О - перерезывающая сила; f - коэффициент безопасности; 11 - высота стенки лонжерона, Т - касательные напряжения в стенке лонжерона.
Значения нормальных и касательных напряжений для различных материалов в таблице в конце страницы.
Если используется трубчатый лонжерон, то определить потребный диаметр и толщину стенки такого лонжерона можно исходя из следующих соотношений:
(Б2 бст) = 1,25МШГ / Отах и (Б бСТ) = 0,7(2 / Ттах, где Б - диаметр трубы; бст - толщина стенки трубы.
Зная значения крутящего момента, определяется поток касательных усилий в сечениях крыла по следующей формуле
Ч = МКр / 2Р,
где Р - площадь замкнутого контура, образованный обшивкой и стенками лонжерона, (см. рис. выше) который воспринимает крутящий момент крыла. При использовании многолонжеронного крыла, образующего несколько замкнутых контуров за Р можно принять площадь наибольшего из них.
По потоку касательных напряжений определяем потребную толщину обшивки в сечении крыла по следующей формуле
бобш = Ч I / Т.
Следует также учитывать следующие особенности:
Считается, что полки лонжеронов при работе на сжатие не теряют устойчивость. Для этого они не должны иметь больших свободных, не подкрепленных стойками и стенками участков. В противном случае критические напряжения сжатия в реальной конструкции значительно снижаются. То же касается и обшивок. Для предотвращения потери устойчивости, то есть складывания и волнообразования они должны подкрепляться изнутри стрингерами и нервюрами. При этом чем тоньше обшивка, тем мельче должна быть разбивающая ее «клетка» подкрепляющих элементов. На дюралевых обшивках толщиной 0,5 мм «клетка» примерно составляет 150*300 мм, для фанерной обшивки толщиной 2 мм - примерно 200*350 мм.
© Станкевич М. Д., Достовалова Л. А., 2011
УДК 669.7.017
О. А. Туровец Научный руководитель - Л. Г. Шаймарданов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ
Рассмотрено научное обоснование возможности значительного повышения надежности систем самолетов путем изменения систем резервирования. Системы характеризуются сложной структурой, что обеспечивается за счет использования как общего, так индивидуального резервирования.
Существует традиционный подход к расчету надежности сложных функциональных систем. Он может быть успешно применен при решении следующих задач:
- расчет надежности сложных систем только с общим резервированием;
- расчет надежности сложных систем при только параллельном и только последовательном соединении агрегатов.
У систем только с последовательным и только с параллельным соединением элементов (агрегатов)
существует только один сценарий появления и развития отказа. При только последовательном соединении достаточно отказать только одному агрегату и система теряет работоспособность. При параллельном соединении система становится неработоспособной в том случаи, если откажут все агрегаты системы. Именно поэтому для расчета надежности систем применяется теорема умножений вероятности.
Система общего резервирования сложнее, но и ее отказ происходит по одному сценарию. Каждая из параллельно соединенных подсистем с последова-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
тельно соединенными агрегатами отказывает по единому сценарию. После определения вероятности отказа подсистем, система рассматривается как состоящая только из параллельно соединенных элементов, вероятности отказа которых равна вероятностям отказа подсистем. Для нее также возможен только один сценарий отказа.
При традиционном подходе к расчету надежности системы с индивидуальным резервированием вначале определяют вероятности отказов блоков, содержащих параллельно соединенные агрегаты. При этом систему с индивидуальным резервированием приводят к системе с последовательно соединенными блоками. Вероятности отказа, которые равны вероятностям отказов агрегатов, включенных параллельно. Затем определяют вероятность отказа системы, содержащей только последовательно соединенные блоки.
Рассмотрим общий случай системы с индивидуальным резервированием. Предположим что в системе п последовательно соединенных блоков, содержится по т = 2 параллельно включенных агрегата (рис. 1).
Рис. 1. Схема системы с индивидуальным резервированием
При традиционном подходе вначале определяют вероятность отказа блока параллельно включенных агрегатов:
ебр (1) = ют = ю2.
Затем систему с индивидуальным резервированием (рис.1.1) заменяют на систему с последовательно соединенными блоками (рис. 2).
Рис. 2. Схема приведенной системы с индивидуальным резервированием
После определяют вероятность безотказной работы и вероятность ее отказа:
Ртр (1) = (1 -ю2)",
При последовательном соединении агрегатов либо блоков вероятность отказа системы, рассчитанная с помощью традиционного подхода, монотонно возрастает. Рассматриваемая система состоит из 2п агрегатов. Вполне вероятно, что система может остаться работоспособной при отказе более двух агрегатов. Причем эта вероятность остаться работоспособной возрастает по мере увеличения п.
При альтернативном подходе к расчету надежности, наибольшее значение вероятности дает сценарий при котором отказывают два агрегата в одном блоке. Поскольку агрегаты имеют одинаковую вероятность отказа, первым откажет любой из агрегатов с вероятностью ю. Так как в системе п последовательно соединенных блоков, содержится по т = 2 параллельно включенных агрегата, то отказ второго агрегата в одном блоке с первым возможен с вероятностью
Тогда вероятность отказа системы при этом сценарии в соответствии с альтернативным подходом будет
(2)
©тр (1) = 1 - (1 -Ю2)".
(1)
Согласно выражению (2) вероятность отказа системы является убывающей функцией числа п параллельно соединенных блоков. Другие сценарии развития отказов систем обеспечивают меньшие вероятности, поскольку в зависимости от числа / включенных в сценарий отказавших агрегатов вероятность отказа системы определяется как
(3) [1]
Сравнительные расчеты систем, выполненные по традиционному и альтернативному методу показали, что учет сценариев развития отказов, а системе дает возможность выявить существенное увеличение надежности системы в сотни и десятки тысяч раз.
Библиографическая ссылка
1. Надежность функциональных систем гражданской авиации: учеб. пособие / Л. Г. Шаймарданов, О. Г. Бойко ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2010.
© Туровец О. А., Шаймарданов Л. Г., 2011
