Метод повышения точности и безопасности пневматического нагружения фюзеляжей самолетов при усталостных испытаниях

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).

1. Kothari R. Full-scale static and fatigue testing of fuselage section / ICAF-2011. P. 551 – 560.

2. Beltempo C. A., Beaudoin A., Pothier R. Bombardier Global 7500 fatigue test cycle rate commissioning to 1/4 life / Proceedings of the 30th Symposium of ICAF. 2019. P. 708 – 722.

3. Setta K., Fukuoka T., Nagao K., Kumagai K. Fill scale testing for Mitsubishi regional jet / Proceeding of the 30th Symposium of ICAF. 2019. P. 762 – 69.

4. Schorr F., Tusch O., Wu D., Mosenbacher A., Reimann M., Urban A., Stodt M. Fatifue testing of new generation wide body aircraft at benchmark level / Proceeding of the 28th Symposium of ICAF. 2017. P. 1381 – 1399.

5. Vercammen R. W. A., Ottens H. H. Full-scale fuselage panel tests / NLR-TP-98148, 21st ICAS Congress, Melbourne, 1988.

6. Culpeper R. L. C-5A Air Conditioning and Pressurization. Aviation and Space. Progress and Prospects / ASME Annual Aviation and Conference. California. VI 16 – 19, 1968.

7. Экспериментальные исследования прочности сверхзвуковых пассажирских самолетов / Обзор БНТИ. — М.: Издательский отдел ЦАГИ, 1969. — 215 с.

8. Аралов Г. Д. Срок службы герметичной кабины транспортного самолета при случайном нагружении избыточным давлением / Авиационная промышленность. 1970. № 3. С. 14 – 17.

9. Пат. 2538045 Российская Федерация, МПК G01 M5/00. Способ усталостных испытаний фюзеляжа летательного аппарата / Петроченко Ю. Н., Стерлин А. Я., Щербань К. С.; заявитель и патентообладатель ФГУП «Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н. Е. Жуковского». — № 2013136127/28; заявл. 01.08.2013; опубл. 10.01.2015. Бюл. № 1.

10. Пат. 2561786 Российская Федерация. МПК G01 M5/00. Способ защиты полых изделий от превышения заданного уровня внутреннего избыточного давления газа / Ким С. К., Куценко С. А., Стерлин А. Я.; заявитель и патентообладатель ФГУП «Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н. Е. Жуковского». — № 201411738/28; заявл. 29.04.2014; опубл. 10.09.2015. Бюл. № 25.

11. Пат. 2598700 Российская Федерация, МПК G01 M5/00. Способ пневматического нагружения фюзеляжа самолета при прочностных испытаниях на ресурс / Стерлин А. Я., Петроченко Ю. Н.; заявитель и патентообладатель ФГУП «Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н. Е. Жуковского». — № 2015129122/28; заявл. 17.07.2015, опубл. 27.09.2016. Бюл. № 27.

12. Пат. 2598778 Российская Федерация, МПК G01 M5/00. Устройство пневматического нагружения фюзеляжа самолета при прочностных испытаниях на ресурс / Стерлин А. Я., Петроченко Ю. Н.; заявитель и патентообладатель ФГУП «Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н. Е. Жуковского». — № 2015129123/28; заявл. 17.07.2015; опубл. 27.09.2016. Бюл. № 7.

13. Пат. 2666974 Российская Федерация, МПК G01 M5/00. Предохранительное устройство / Куценко С. А., Стерлин А. Я., Ким С. К. Парамошин И. В.; заявитель и патентообладатель ФГУП «Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н. Е. Жуковского». № 2017132759; заявл. 20.09.2017; опубл. 13.09.2018. Бюл. № 26.

14. Пат. 2009128936А Российская Федерация. МПК G01 M5/00. Установка для нагружения сжатым воздухом гермофюзеляжа летательного аппарата при испытаниях на выносливость / Куликов Б. Н., Колобердин Д. А., Сабельников В. И., Фадеев А. М.; заявитель и патентообладатель ФГУП «Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С. А. Чаплыгина». — № 2009128936/28; заявл. 27.07.2009; опубл. 10.02.2011. Бюл. № 4.

15. Шейко В. В. Исследования по разработке методов воспроизведения газодинамических нагрузок, возникающих при разгерметизации отсеков фюзеляжа на крейсерской высоте полета, при наземных испытаниях самолетов / Материалы X Международной школы-семинара «Модели и методы аэродинамики». Евпатория 4 – 11 июля 2010 г. С. 181 – 182.

16. Шейко В. В., Ким С. К. Влияние площади и расположения перепускных отверстий между отсеками на изменение газодинамических нагрузок при разгерметизации фюзеляжа на крейсерской высоте полета / Материалы XII Международной школы-семинара «Модели и методы аэродинамики». Евпатория 4 – 11 июля 2012 г. С. 200 – 201.