Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСА ЛОПАСТЕЙ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА С ПОЛЫМ МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ЛОНЖЕРОНОМ И СИСТЕМОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛОНЖЕРОНА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТОМ ВЕРТОЛЕТА С ТАКИМИ ЛОПАСТЯМИ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСА ЛОПАСТЕЙ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА С ПОЛЫМ МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ЛОНЖЕРОНОМ И СИСТЕМОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛОНЖЕРОНА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТОМ ВЕРТОЛЕТА С ТАКИМИ ЛОПАСТЯМИ

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСА ЛОПАСТЕЙ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА С ПОЛЫМ МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ЛОНЖЕРОНОМ И СИСТЕМОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛОНЖЕРОНА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТОМ ВЕРТОЛЕТА С ТАКИМИ ЛОПАСТЯМИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к исследованиям материалов путем определения физических свойств. Для определения ресурса лопастей на натурном стенде проводят испытания по развитию в лонжероне лопасти трещин, получаемых с помощью искусственно наносимых концентраторов напряжений, измеряют время и скорость развития трещин для различных начальных длин трещин и для различных мест их расположения как по контуру сечения, так и по длине лонжерона. Проводят статические испытания на разрыв лонжерона и, используя результаты этих испытаний и статистический анализ фрактографических материалов эксплуатационных разрушений, определяют критическую длину трещины, при которой происходит долом лонжерона максимальной эксплуатационной нагрузкой. Выполняют оценку повторяемости возможных начальных длин сквозных трещин на момент их обнаружения, а затем выполняют оценку параметров функции распределения времени развития трещины. Определяют гарантированную минимальную расчетную наработку и назначают предельное время эксплуатации лопасти с момента появления сквозной трещины в лонжероне. При управлении полетом предлагается определять ресурс лопастей и устанавливать режимы полета с учетом его величины. Изобретения направлены на повышение уровня безопасности полетов вертолетов. 2 с. п. ф-лы.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2138035
Класс(ы) патента: G01N5/00, B64F5/00, B64C27/00
Номер заявки: 98121932/28
Дата подачи заявки: 10.12.1998
Дата публикации: 20.09.1999
Заявитель(и): Товарищество с ограниченной ответственностью "Ротофлекс"
Автор(ы): Гинзбург Б.С.; Екименков Л.Н.; Райхер В.Л.; Сеник В.Я.; Шнуров З.Е.
Патентообладатель(и): Товарищество с ограниченной ответственностью "Ротофлекс"
Описание изобретения: Изобретения относятся к эксплуатации вертолета, а именно к определению ресурса (безопасной наработки) лопастей несущего винта (ЛНВ) вертолета с полым металлическим лонжероном при обнаружении трещины лонжерона в полете и управлению полетом вертолета с такими лопастями.
Долговечность вертолета или его отдельных агрегатов, в частности лопастей несущего винта - это свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технической эксплуатации и ремонта. Под предельным состоянием понимают состояние, при котором дальнейшая эксплуатация лопастей должна быть прекращена из-за неустранимого нарушения требований безопасности полетов, снижения эффективности эксплуатации или необходимости проведения ремонта.
Показателями долговечности служат ресурс и срок службы. Ресурс - наработка лопастей несущего винта (НВ) от начала эксплуатации или ее возобновления после ремонта до наступления предельного состояния, измеряемая в летных часах.
Известен способ определения ресурса лопастей НВ (см. кн. А.М.Володко и А. Л. Литвинов "Основы конструкции и эксплуатации одновинтовых вертолетов", Москва, Военное изд., 1986 г., стр. 192-199), при котором ресурс устанавливают, исходя из требований обеспечения боеготовности, безопасности полетов, надежности и экономической эффективности эксплуатации на основании:
- теоретического анализа конструкции, условий работы вертолета с такими лопастями и сравнения с аналогами,
- расчетного обоснования соответствия ЛНВ заданным требованиям по ресурсам,
- наземных лабораторных и стендовых испытаний,
- исследований в полете нагрузок и условий работы,
- государственных и лабораторных испытаний,
- контрольных лабораторных и стендовых испытаний серийных вертолетов на различных этапах их производства и эксплуатации,
- исследования технического состояния лопастей, имеющих наибольший налет,
- анализа опыта массовой эксплуатации.
Безопасный ресурс по условиям выносливости - допустимое время эксплуатации, в течение которого усталостное разрушение лопастей столь маловероятно, что практически исключено. Безопасный ресурс R лопастей определяют из знания множества величин, главными из которых являются характеристики выносливости, величина и количество циклов нагрузки в полете, достоверность определения параметров долговечности и нагруженности.
Многолетний и разнообразный по условиям опыт применения вертолетов свидетельствует, что если лопасти несущего винта таких вертолетов, как МИ-2, МИ-8, МИ-24, прессованный лонжерон которых выполнен из алюминиевых сплавов и представляет собой пустотелую балку (см. там же стр. 28-31), изготовлены, эксплуатируются и ремонтируются в соответствии с установленной документацией, то разрушения лонжеронов лопастей несущего винта при эксплуатации парка вертолетов за время установленного ресурса исключены.
Вместе с тем только знание величины безопасного ресурса не гарантирует полностью безопасность эксплуатации вертолетов. Практика показала, что имеет место появление трещин в лонжеронах лопастей н.в. от дефектов, которые являются следствием нарушений производства или эксплуатации или ремонта.
Все случаи разрушения лонжеронов лопастей РА в эксплуатации обусловлены или производственными дефектами, связанными с нарушениями технологии или контроля (раковина, несплошность, ребра жесткости, прижог при анодировании, расслоение сварного шва по задней стенке, забоина), или эксплуатационными повреждениями, связанными с нарушением условий эксплуатации, техобслуживания и контроля (коррозионные повреждения и т.п.).
С целью предотвращения катастрофы в подобных случаях на лопастях н.в. устанавливают системы сигнализации повреждения лонжерона (ССПЛ). Устройство системы предусматривает закачку воздуха в лонжерон лопасти и установление в ней избыточного давления. При появлении в лонжероне сквозной трещины возникает стравливание, что приводит к выползанию красного поршня в смотровом стакане сигнализатора, обнаруживаемому при наземных осмотрах (см. там же на стр. 30) или к поступлению сигнала на индикаторное устройств, сигнализирующее пилоту о наличии потенциальной опасности (см., например, патент США N 354755, НКИ 416-61, публ. 1970 г.).
Известен способ управления одновинтовым вертолетом с лопастями несущего винта, металлический лонжерон которых выполнен полым и снабжен системой сигнализации повреждения, основанный на изменении скорости и высоты полета с помощью ручек и рычагов системы управления (см. А.М.Володко, А.Л.Литвинов "Основы конструкции и технической эксплуатации одновинтовых вертолетов", М., Военное изд., 1986 г., стр. 114-117).
В настоящее время на эксплуатируемых в России вертолетах с ЛНВ с полым металлическим лонжероном установлено ССПЛ, при которой сигнал о разгерметизации лонжерона обнаруживается при наземном осмотре.
Опыт эксплуатации вертолетов с упомянутой выше ССПЛ показал, что при неукоснительном и правильном выполнении осмотров и регламентных работ трещины в лонжероне, как правило, удается обнаружить на той стадии развития, когда лонжерон сохраняет несущую способность. Вместе с тем практика свидетельствует об имеющихся в эксплуатации случаях пренебрежения осмотрами сигнализаторов, нарушения регламента этих осмотров и т.п., что приводит к разрушению лонжеронов в полете.
Если на вертолете будет установлена ССПЛ, при которой сигнал о разгерметизации лонжерона поступает на индикаторное устройство в кабине, предупреждая пилота о наличии потенциальной опасности, то знание процесса развития усталостных трещин в лонжероне позволяет оценить время безопасной эксплуатации вертолета после появления сквозной трещины в лонжероне и может служить основой для выработки предписаний летчику на совершение строго определенных пилотажных действий, исключающих катастрофу.
Технической задачей, которую позволяют решить предлагаемые технические решения, является определение времени безопасной эксплуатации вертолета после образования сквозной трещины в лонжероне ЛНВ и выработка предписаний летчику на выполнение строго определенных режимов полета, предотвращающих катастрофу и повышающих уровень безопасности эксплуатации.
Решение задачи базируется на последовательном выполнении следующих действий.
1. Проводят измерение нагруженности лопастей несущего винта в эксплуатации и анализ этих измерений, включая оценку эквивалентной эксплуатационной нагруженности для различных по контуру и длине лопасти мест лонжерона.
2. Проводят на натурном стенде динамические испытания по развитию трещин в лонжероне, получаемых с помощью искусственно наносимых концентраторов напряжений, измеряют время и скорость развития трещин для различных мест их расположения как по контуру сечения, так и по длине лонжерона.
3. Проводят статические испытания на разрыв лонжерона лопасти несущего винта.
4. Используя статистический анализ фрактографических материалов эксплуатационных разрушений и расчетную оценку методами линейной упругой механики разрушения, определяют критическую длину трещины, при которой происходит долом лонжерона максимальной эксплуатационной нагрузкой.
5. Выполняют, используя принцип равновероятного распределения дефектов по контуру сечения и длине лонжерона, оценку повторяемости возможных начальных длин сквозных трещин на момент обнаружения.
6. Выполняют оценку параметров функции распределения времени развития трещин от начальной длины до критической при приведении к эксплуатационным нагрузкам в зависимости от расположения на лопасти места зарождения трещины.
7. По времени минимальной наработки с учетом необходимых запасов определяют гарантированную минимальную расчетную наработку.
8. Назначают предельное время эксплуатации лопасти с момента появления сквозной трещины в лонжероне лопасти из условия, что вероятность разрушения лонжерона лопасти в эксплуатации должна быть ниже предельно допустимого значения вероятности, установленного Нормами летной годности (НЛГ) вертолетов.
9. Выбор на основании анализа результатов измерений наиболее благоприятного по нагруженности лонжерона режима горизонтального полета вертолета.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить величину предельного времени эксплуатации лопасти (т. е. времени максимальной продолжительности полета) с момента появления сквозной трещины в лонжероне (т.е. с момента срабатывания ССПЛ) и выбрать наиболее благоприятный по нагруженности лонжерона режим горизонтального полета, позволяющие применить новый способ пилотирования вертолетов.
Этот способ управления полетом вертолета, в кабине которого установлена система индикации появления сквозной трещины в полом металлическом лонжероне, включающий изменение скорости и высоты полета перемещением рычагов управления, отличается от известного тем, что регистрируют в полете момент получения сигнала о появлении сквозной трещины в лонжероне лопасти, после чего перемещением рычагов управления устанавливают режим горизонтального полета, характеризуемый наименьшей переменной нагруженностью лонжерона, и выполняют посадку вертолета в течение времени, не превышающего предельного времени эксплуатации лопасти с момента появления сквозной трещины в лонжероне.
Эти две величины (скорость и время) вносятся в Руководство по летной эксплуатации и являются строгим предписанием для летчика.
Ниже, на примере вертолетов семейства МИ-8, перечислены основные этапы последовательности работ, в результате которых может быть выполнена оценка времени безопасной наработки ЛНВ вертолета после появления сквозной трещины в лонжероне.
Проводят стендовые статические нагружения лопастей на разрыв и определяют минимальную критическую длину трещины Lкрит в расчетных сечениях лонжерона, при которой происходит статический долом лонжерона при максимальной эксплуатационной нагрузке, и определяют с учетом заданных запасов расчетную величину Lкрит.
Так стендовые статические нагружения лонжерона лопасти несущего винта вертолета МИ-8 на разрыв позволили определить, что при нагрузке 45 тонн, превышающей центробежную силу в 12,5 раз, и трещине в лонжероне длиной L = 125 мм разрушения лонжерона не происходит.
Выполняется оценка критической длины трещины методами линейной упругой механики разрушения. Для лонжерона ЛНВ вертолета МИ-8 эта величина с некоторыми запасами составляет Lкрит = 150 мм.
Выполняют с целью определения Lкрит статический анализ эксплуатационных разрушений лонжерона. Из материалов по усталостным разрушениям в эксплуатации лопастей несущего винта вертолетов МИ-4, МИ-8 и МИ-24 с полностью идентичными сечениями лонжеронов статической долом лонжеронов происходил при трещинах с длинами от 175 мм до 176 мм.
На основании анализа всех материалов принято, что расчетная величина Lкрит = 150 мм.
Выполняется комплекс испытаний по исследованию процесса развития трещин в лонжеронах ЛНВ.
С этой целью на лонжеронах лопастей создают искусственные концентраторы напряжений путем высверливания, химической обработки металлической поверхности лонжерона и т.п. в нескольких наиболее нагруженных местах по длине и контуру сечения лонжерона. На натурном стенде проводят циклические нагружения ЛНВ с такими полыми герметичными лонжеронами и после срабатывания датчиков системы сигнализации повреждений лонжерона, фиксирующих разгерметизацию лонжерона, замеряют время и скорость развития трещин в зависимости от места расположения на лопасти дефекта, провоцирующего начало развития трещины.
Генеральной совокупностью исходных данных для построения расчетных функций распределения времени развития трещин от различных начальных длин Lнач до критической длины Lкрит являются результаты испытаний по развитию трещин в лонжеронах лопастей несущего винта, изготовленных в полном соответствии с серийной технологией, при проведении испытаний на натурном стенде (башне), т. е. с наиболее точной имитацией эксплуатационных нагрузок. Результаты этих испытаний являются наиболее достоверными и должны быть включены в исходную выборку для построения расчетной функции распределения.
Выполняется анализ нагруженности ЛНВ вертолетов на различных эксплуатационных режимах с целью выбора наиболее благоприятного по нагруженности лонжерона ЛНВ режима продолжения полета после обнаружения ССПЛ разгерметизации лонжерона и срабатывания индикатора в кабине экипажа. Для вертолетов семейства МИ-8 таким режимом является горизонтальный полет на скорости V = 120 - 130 км/час.
Учитывая изложенное, при пересчете результатов стендовых испытаний на эксплуатационные нагрузки, в качестве последних следует принимать нагрузки в лонжероне на режиме горизонтального полета с V = 120 - 130 км/час. При оценке расчетной длительности выполняемого после срабатывания индикатора ССПЛ полета следует учесть также и повреждаемость, вносимую режимом торможения, выполняемым один раз за полет.
Оценка безопасной эксплуатационной наработки и вероятности разрушения лонжерона ЛНВ в результате развития трещины при продолжении полета после срабатывания ССПЛ выполняется при следующих основных допущениях, которые подтверждены многолетней практикой назначения ресурса агрегатам вертолета.
1) Появление идентичных по уровню концентрации дефектов, способных при достаточном уровне напряжения инициировать развитие трещины, равновероятно по длине лопасти и в любой точке контура лонжерона. В расчете должна быть учтена вероятность того, что концентратор, находящийся в зоне низких напряжений, проявит себя позднее, чем идентичный концентратор, находящийся в зоне более высоких напряжений, и может не реализоваться в трещину за время отработки ресурса.
2) Время развития трещины от начальной длины Lнач на момент срабатывания ССПЛ до критической длины Lкр, когда лонжерон теряет несущую способность, является случайной величиной, распределение которой подчиняется логнормальному закону.
3) Оценка эквивалентной нагруженности в полете и на испытаниях и пересчет результатов испытаний на эксплуатационные нагрузки для любого диапазона длины трещины выполняются исходя из условия
t·σm= const,
где t - время развития трещины в определенном диапазоне длины при нагрузке σ; m - показатель степени кривой роста трещин по нагрузке.
4) Уровень необходимых при оценке запасов должен соответствовать нормам и методикам определения запасов на рассеяние долговечностей и нагруженностей, принимаемым при назначении ресурсов ЛНВ. Основные нормативные указания содержатся в следующих источниках:
- Отчет ЦАГИ N 710. Требования к прочности элементов конструкции вертолета;
- М. Л. Миль, А.В. Некрасов, А.С. Браверман, Л.Н. Гродко, М.А. Лейканд. "Вертолеты", часть 2. Москва, изд. Машиностроение, 1967 г.;
- Нормы летной годности гражданских вертолетов СССР, НЛГГВ-1, 1971 г., НЛГГВ-2, 1987 г.
Разбросы экспериментального рассеяния длительности роста трещин и возможное превышение "истинного" значения рассеяния по сравнению с выборочным должны быть учтены дополнительным к нормированному запасу коэффициентом надежности.
Применение вероятностных методов оценки запасов, апробированных в практике назначения ресурсов по условиям усталости агрегатов вертолетов, к живучести конструкции (в данном случае к возможности лонжерона ЛНВ сохранять несущую способность при наличии трещины) является одним из отличий данного способа оценки времени безопасной наработки после обнаружения сквозной трещины в лонжероне ЛНВ.
Для оценки необходимых запасов следует построить функции распределения долговечностей и оценить их параметры. В данном случае по результатам испытаний после приведения их к эксплуатационным нагрузкам строятся функции распределения логарифмов времени развития трещин от различных начальных длин Lнач, являющихся правыми границами расчетных диапазонов начальной длины, до критической длины Lкрит. При построении упомянутых выше функций применительно к развитию трещин в лонжероне ЛНВ вертолета МИ-8 выбраны, например, следующие значения Lнач: 10, 25, 40, 55, 60, 70, 75, 80, 85, 90, 95 мм. (Lнач = 95 мм - длина трещины, при которой ССПЛ сработает практически гарантированно).
После этого определяют соответствующую различным значениям Lнач гарантированную минимальную расчетную наработку с учетом необходимых запасов по формуле:

где коэффициент, учитывающий влияние различного порядка чередования и наложения нагрузок на испытаниях и в эксплуатации;
ησ - нормативный запас по нагрузкам, принятый при расчете ресурсов ЛНВ, учитывающий разбросы как характеристик живучести, так и эксплуатационных нагрузок. Величина запаса по нагрузкам определяется, исходя из совместного рассмотрения живучести конструкции и уровня переменных нагрузок, как случайных независимых величин с известными характеристиками рассеяния. Эти характеристики устанавливаются на основании обобщения результатов экспериментальных исследований свойств живучести конструкции и ее нагруженности в полете;
Ks - дополнительный к нормативному запасу коэффициент запаса, учитывающий разброс экспериментального рассеяния длительности роста трещин и возможное превышение "истинного" значения рассеяния по сравнению с выборочным;
m - показатель степени кривой роста трещин по нагрузке.
Оценка гарантированных минимальных наработок ЛНВ при наличии трещины в лонжероне подтверждает, что при обнаружении системой СПЛ трещин на ранней стадии развития и продолжении полета со скоростью 120 - 130 км/час вероятность разрушения лонжерона за время продолжения полета практически отсутствует. (Критерии безопасности при этом не ниже, чем при назначении ресурса ответственным агрегатам вертолета). Так для ЛНВ вертолета МИ-8 при обнаружении трещины в лонжероне с Lнач = 60 мм гарантированная эксплуатационная наработка даже при условии, что трещина появится в наиболее нагруженной зоне лонжерона, составляет не менее 3,5 часов. Эта величина превышает практические потребности эксплуатации.
Вероятность разрушения лонжерона ЛНВ полностью определяется, исходя из времени развития трещин, достигших определенной длины на момент обнаружения (для лонжерона ЛНВ вертолета МИ-8 это трещины с Lнач > 60 мм).
Максимальная продолжительность полета после срабатывания ССПЛ, т.е. предельное время эксплуатации, определяется из условия, что упомянутая выше вероятность разрушения лонжерона ЛНВ не превышает величины, удовлетворяющей критерию безопасности, указанному в НЛГ гражданских вертолетов.
При оборудовании вертолетов ССПЛ с индикацией о разгерметизации лонжерона в кабине экипажа в Руководство по летной эксплуатации (РЛЭ) будет внесено указание, предписывающее летчику после срабатывания сигнализатора немедленное выполнение перехода на режим горизонтального полета с указанной выше скоростью.
Ниже приведен алгоритм оценки разрушения лонжерона ЛНВ в результате развития трещины при продолжении полета в течение T часов.

где P(L=j) - вероятность того, что при появлении трещины в лонжероне, она появится в j-й зоне с определенным уровнем нагруженности. Эта вероятность определяется на основании анализа распределения переменной нагруженности по длине лопасти;
K1 -количество расчетных зон нагруженности по длине ЛНВ. Каждая расчетная зона характеризуется регулярным сечением с определенным контуром лонжерона;
Pj - вероятность разрушения лонжерона при условии появления трещины в j-й зоне ЛНВ за время полета (горизонтальный полет с V = 120 - 130 км/час с учетом повреждаемости, вносимой режимом торможения) продолжительностью T часов, выполняемого после обнаружения системой СПЛ сквозной трещины в лонжероне.

где Pi - вероятность того, что очаг трещины находится в той зоне контура лонжерона, в которой Lнач длина возникшей трещины на момент срабатывания ССПЛ принадлежит i-му интервалу начальных длин трещин;
K2 - количество расчетных зон контура лонжерона, соответствующих различных диапазонам начальной длины трещины Lнач;
P(t= T)i - вероятность разрушения лонжерона при развитии трещины, принадлежащей i-му интервалу начальных длин трещин за время T часов. Как показано выше, для трещин с Lнач≅60 мм вероятность P(t=T)i определяется из расчетных функций распределения.
Построение каждой из расчетных функций распределения времени развития трещин в лонжероне в диапазоне длин Lнач-Lкр для начальных длин трещин 70 мм, 75 мм, 80 мм, 85 мм, 90 мм, 95 мм осуществлено в соответствии со следующим, описанным ниже алгоритмом.
Логнормальная функция с выборочным рассеянием проводится через точку, абсцисса которой равна

а ордината точки равна Pразр = 0,001 (Pразр - теоретическое значение вероятности разрушения конструкции в эксплуатации, в данном случае вероятности потери лонжероном ЛНВ несущей способности). Принимаем Pразр = 0,001, как и при оценке ресурсов лопастей несущего винта.
В применении к усталости величины запасов рассчитываются, исходя из представления об усталостной долговечности конструкции как случайной величине, подчиняющейся логарифмически нормальному закону распределения. Однако в области малых вероятностей порядка 10-2-10-3, как правило, наблюдаются отклонения от этого закона, объясняемые существованием порога чувствительности по числу циклов. Поэтому истинные значения вероятности разрушения, учитывая всю совокупность используемых запасов при установлении ресурсов, оказываются меньшими, чем указанные выше, и обеспечивают практическое отсутствие катастрофических разрушений, вызванных усталостью, даже при большом парке вертолетов.
Правомерность этого подхода подтверждается многолетним опытом эксплуатации вертолетов в ВВС и ГА.
Реальная функция распределения времени развития трещин в лонжероне, также как и функция распределения долговечностей, подвержена влиянию пороговых явлений, поэтому принятое в расчете значение теоретической вероятности разрушения Pразр = 0,001 соответствует практическому отсутствию разрушений или существенно меньшей реальной вероятности разрушения:
Здесь Nмин - минимальная выборочная наработка, приведенная к эксплуатационной нагрузке в зоне очага трещины (с учетом ее расположения по контуру и длине лонжерона).
Параметры Ks, ηΣ, ησ в соответствии с указанной выше индексацией.
KRi - коэффициент, учитывающий вероятность того, что дефект, находящийся в i-й зоне контура лонжерона, успеет развиться за время отработки назначенного ресурса.
Чем дальше расположен очаг возникновения трещины от края закрытой накладкой или обшивкой поверхности лонжерона, тем больше длина обнаруживаемой трещины, поэтому расположение очага трещины на контуре лонжерона соответствует определенной длине возникшей трещины Lнач на момент ее обнаружения системой СПЛ. Очаги трещин с длиной Lнач, превышающей 60 мм, расположены в зоне пониженных напряжений.
Принимая во внимание изложенное, оценка вероятности потери лонжероном ЛНВ несущей способности в результате продолжения полета после срабатывания ССПЛ должна выполняться с учетом того, что за время отработки назначенного ЛНВ ресурса R, дефект, являющийся очагом трещины, принадлежащей i-му диапазону начальных длин обнаружения, успеет развиться до такой стадии, чтобы возникшая в лонжероне трещина была обнаружена ССПЛ.
Оценка коэффициентов KRi, учитывающих упомянутую вероятность, выполняется в следующих допущениях:
1. Все дефекты, которые могут явиться очагами трещин, имеются на лопасти с момента начала эксплуатации. Это допущение в запас надежности, так как значительное число дефектов вносится в эксплуатации и ремонте, когда лопасть имеет некоторую наработку с начала эксплуатации.
2. Дефекты, характеризуемые эксплуатационной наработкой t с начала эксплуатации до разрушения ЛНВ (разрушением в запас надежности считаем появление трещин), в диапазоне 0 < t < R распределены равномерно. Это существенное допущение в запас надежности, так как из практических соображений очевидно, что чем "грубее" дефект (чем меньше t), тем он реже встречается.
3. При расположении идентичных дефектов в различных точках контура лонжерона эксплуатационная наработка t до разрушения, вызванного наличием дефекта, определяется из условия t·σm= const, где σ - эквивалентное напряжение в месте расположения дефекта, m = 6 - показатель степени кривой выносливости, принятый в расчете.
4. Напряжения в каждой конкретной точке контура лонжерона определяются суммированием имеющихся в этой точке напряжений, вызываемых изгибающими моментами, действующими в плоскостях тяги и вращения. Напряжения из плоскостей тяги и вращения для каждой точки определяются линейным интерполированием соответственно координатам точек относительно нейтральных осей. В качестве исходных напряжений для расчета использованы напряжения в двух точках контура:
σв - максимальное по контуру эквивалентное напряжение из плоскости вращения (на носике лонжерона);
σmax - максимальное по контуру суммарное эквивалентное напряжение (у угла задней стенки).
Для вертолетов семейства МИ-8 вероятность разрушения лонжерона в результате развития трещины при проведении двухчасового полета (с учетом расхода ресурса на осуществление режима торможения), выполняемого после срабатывания системы СПЛ, составляет P = 0,001983. Это условная вероятность, она обусловлена появлением трещины в лонжероне ЛНВ. Для оценки вероятности катастрофы необходимо выполнить статистический анализ материалов по эксплуатации парка на предмет выявления вероятности появления трещин в лонжероне ЛНВ Pтр.
Для вертолетов семейства МИ-8 вероятность Pтр не превышает 2·10-7 на один час полета. Проведенные для вертолетов семейства МИ-8 расчет и эксперименты подтверждают, что прочностные свойства и живучесть лопасти таковы, что вероятность отказного состояния, приводящего к катастрофе, не превышает 4·10-10 на час полета, что ниже предельного допустимого значения, требуемого НЛГВ и составляющего 10-8 на час полета.
Появление сигнала в полете о наличии трещины квалифицируется как сложная ситуация. Нормативная вероятность возникновения такой ситуации не должна превышать 10-5 на один час полета.
Из анализа статистических материалов по эксплуатации вертолетов МИ-8 следует, что повторяемость срабатываний ССПЛ в полете, с учетом как ложных, не связанных с наличием трещины в лонжероне срабатываний (ложные срабатывания ССПЛ могут обусловливаться возможной утечкой воздуха из полости лонжерона вследствие негерметичности уплотнения резиновой прокладки или посадки золотника зарядного штуцера, негерметичности болтового соединения наконечника с лонжероном, негерметичности посадок торцевой или концевой заглушек, негерметичности стыка корпуса сигнализатора с лонжероном или разрушения колпака сигнализатора или сбоями регистрирующей системы и т.п.), так и возникновений трещин в лонжероне ЛНВ, не превысит 0,0000052 на один час полета, что примерно вдвое ниже установленного НЛГВ-2 предела для возникновения сложных ситуаций по конкретному функциональному отказу.
Таким образом наличие встроенного в кабине индикатора ССПЛ позволяет выполнить требования НЛГВ-2 к критериям безопасности, а запас времени после срабатывания сигнала таков, что обеспечивает возможность приземления вертолета без сколько-нибудь значительных психо-физических нагрузок для экипажа.
Использование предлагаемого изобретения позволяет перейти от концепции "безопасного ресурса" к концепции "безопасного повреждения", согласно которой допускается возникновение и развитие в лонжероне усталостной трещины до величины, обеспечивающей восприятие лонжероном лопасти эксплуатационных нагрузок. В результате, после проведения соответствующего комплекса работ становится возможным увеличение ресурсов и сроков службы ЛНВ вертолетов.
Формула изобретения: 1. Способ определения ресурса лопастей несущего винта вертолета с полым металлическим лонжероном и системой сигнализации повреждения лонжерона, включающий измерения нагруженности лопасти несущего винта в эксплуатации и анализ этих измерений, проведение испытаний лопастей несущего винта на стенде и анализ этих испытаний для выбора времени безопасной эксплуатации лопастей, отличающийся тем, что испытания по развитию в лонжероне лопасти трещин, получаемых с помощью искусственно наносимых концентраторов напряжения, проводят на натурном стенде, где нагружают лопасти и измеряют время и скорость развития трещин для различных начальных длин трещин и для различных мест их расположения как по контуру сечения, так и по длине лонжерона, проводят статические испытания на разрыв лонжерона и, используя результаты этих испытаний и статистический анализ фрактографических материалов эксплуатационных разрушений, определяют критическую длину трещины, при которой происходит долом лонжерона максимальной эксплуатационной нагрузкой, выполняют оценку повторяемости возможных начальных длин сквозных трещин на момент их обнаружения, затем выполняют оценку параметров функции распределения времени развития трещины от начальной длины до критической в зависимости от расположения на лопасти места зарождения трещин, по времени минимальной наработки с учетом необходимых запасов определяют гарантированную минимальную расчетную наработку и назначают предельное время эксплуатации лопасти с помощью момента появления сквозной трещины в лонжероне из условия, что вероятность разрушения лонжерона лопасти в эксплуатации должна быть ниже предельно допустимого значения вероятности, установленного нормами летной годности вертолетов.
2. Способ управления полетом вертолета, в кабине которого установлена система индикации появления сквозной трещины в полом металлическом лонжероне лопасти несущего винта, включающий изменение скорости и высоты полета перемещением рычагов управления, отличающийся тем, что определяют состояние нагруженности лопасти несущего винта путем регистрации в полете момента получения сигнала о появлении сквозной трещины в лонжероне лопасти, проводят анализ этих нагруженностей для определения ресурса указанной лопасти по п.1, а затем перемещением рычагов управления устанавливают режим горизонтального полета, характеризуемый наименьшей переменной нагруженностью лонжерона, и выполняют посадку вертолета в течение времени, не превышающем определенный ресурс указанной лопасти.