Андрей Яковлевич Стерлин
140180, Московская область, г. Жуковский, ул. Жуковского, д. 1
Andrey Y. Sterlin
1, Zhukovskogo ul., Zhukovsky, Moscow obl., 140180
Константин Степанович Щербань
140180, Московская область, г. Жуковский, ул. Жуковского, д. 1
Konstantin S. Shcherban
1, Zhukovskogo ul., Zhukovsky, Moscow obl., 140180
Михаил Павлович Борисов
140180, Московская область, г. Жуковский, ул. Жуковского, д. 1
Mikhail P. Borisov
1, Zhukovskogo ul., Zhukovsky, Moscow obl., 140180
В системе обеспечения ресурса конструкции планера самолета определяющая роль отводится испытаниям на усталость и живучесть натурной конструкции. Основная цель этих испытаний, проводимых, как правило, на одном из первых экземпляров самолета серийного производства, — сертификация конструкции, а также отработка методов и процедур контроля целостности для последующего воспроизведения отработанных регламентов и приемов контроля в эксплуатации. Проведение испытаний — главное требование норм летной годности самолетов и вертолетов. Результаты натурных испытаний определяют качество конструкции планера и безопасность его эксплуатации. В проблеме усталостной прочности авиационных конструкций особое место занимает выносливость гермоотсеков летательных аппаратов и в первую очередь — фюзеляжей высотных пассажирских самолетов. При полете на большой высоте перепад между давлениями в салоне и внешней атмосфере поддерживается на уровне 0,63 · 105 Па, в результате чего возникают большие радиальные нагрузки, действующие на фюзеляж самолета изнутри. На лабораторных стендах фюзеляжи нагружают сжатым воздухом (наддув, пневматическое нагружение). Высокие требования к точности пневматического нагружения определяются тем, что в ряде элементов конструкции фюзеляжа, например, в районе вырезов под иллюминаторы, доли напряжения, создаваемые внешними нагрузками, значительно меньше напряжений, вызываемых нагрузками от наддува. Поэтому чтобы не исказить общей картины напряженного состояния конструкции, точность нагружения избыточным давлением должна быть соответственно выше точности работы системы внешнего нагружения. Кроме обеспечения высокой точности пневматического нагружения фюзеляжей самолетов, необходимо соблюдать условия безопасности проводимых испытаний, поскольку запас энергии сжатого воздуха, накапливаемый внутри фюзеляжа, эквивалентен энергии нескольких килограммов тротила. В связи с этим внезапная взрывная разгерметизация может привести к тяжелым последствиям: непригодности разрушенного объекта к проведению дальнейших испытаний, а следовательно, к срыву испытаний, разрушению конструкций, окружающих испытываемое изделие и т.д. В статье описан метод циклического нагружения фюзеляжей самолетов избыточным давлением сжатого воздуха при ресурсных испытаниях, обеспечивающий (за счет автоматического управления совместной работой большерасходного и малорасходного клапанов) повышение точности пневматического нагружения, расширение диапазона применения системы наддува, а также мониторинг негерметичности испытываемых изделий каждый цикл нагружения в целях предупреждения внезапного разрушения конструкции (разгерметизации).
Fatigue and survivability tests of full-scale structures play a decisive role in the airframe support system. The main purpose of these tests, usually carried out on one of the first production aircraft is the design certification and development of the methods and procedures of the integrity control for subsequent reproduction of the elaborated regulations and methods of in-operation control. Tests are the main requirement of the airworthiness standards for aircraft and helicopters. The results of full-scale tests determine the quality of the airframe design and the operation safety. The endurance of pressurized compartments of aircraft and, first, the fuselages of high-altitude passenger aircraft, occupies a special place in the problem of fatigue strength of aircraft structures. When flying at high altitude, the pressure difference between the cabin and the external atmosphere is maintained at 0.63 × 105 Pa, which results in large radial loads acting on the aircraft fuselage from the inside. The fuselages are loaded with compressed air (pressurization, pneumatic loading) in laboratory conditions. High requirements for the accuracy of pneumatic loading are determined by the fact that in a number of elements of the fuselage structure, e.g., in the area of window cutouts, the stresses created by external loads are significantly lower than those attributed to the pressurization loads. Hence, the accuracy of loading by excess pressure should be higher than the accuracy of the external loading system not to distort the stress state pattern of the structure. Apart from ensuring high accuracy of pneumatic loading of aircraft fuselages, it is necessary to comply the safety conditions of the tests, since the energy reserve of compressed air accumulated inside the fuselage is equivalent to the energy of several kilograms of TNT and in this regard a sudden explosive depressurization can lead to high consequences: the unsuitability of the damaged object for further testing; the failure of structures surrounding the tested object, etc. We present a method of cyclic loading of aircraft fuselages with excess compressed air pressure during fatigue tests which provides (due to the automatic control of the joint operation of high-precision and low-flow valves) an increase in the accuracy of pneumatic loading, expansion of the range of application of the pressurization system and monitoring of the tightness of the tested products in each loading cycle to prevent sudden destruction of the structure (depressurization).
The authors declare that there are no conflicts of interest present.