Масса вертолета и какой она должна быть

Полная надежность и безопасность конструкции в течение всего срока службы может быть обеспечена только правильной системой наблюдения во время ее эксплуатации. Конструктор должен понимать, что никакие расчеты и испытания на образцах и стендах не гарантируют от эксплуатационных осложнений. Их причиной может быть и ограниченность знания. Поэтому в задачу создания надежной и безопасной конструкции входит разработка такой системы контроля на время эксплуатации, которая своевременно сигнализировала бы о появлении любого опасного дефекта. Все без исключения агрегаты должны рассматриваться как система, включающая в себя и конструкцию, и все, что относится к контролю за ней во время эксплуатации и обслуживания.

На основе анализа расчетов, испытаний образцов, натурных отсеков и опытных изделий конструктор должен выявить критические места, выбрать такие методы контроля, которые гарантировали бы обнаружение дефекта на безопасной стадии его развития, определить такую периодичность контрольных осмотров критических мест, чтобы в промежутке между ними дефект не успевал достичь критической величины.

Особое внимание должно быть обращено на выбор эффективного метода контроля: везде необходимо обеспечить подходы для визуального осмотра. Там, где нельзя обеспечить подходы, должны быть отработаны методы осмотра оптическими приборами; где невозможен и такой осмотр, необходимо развивать методы инструментального неразрушающего контроля. Конструкция должна иметь эксплуатационную и дефектоскопическую технологичность. Без этого невозможно создание безопасной конструкции с большим ресурсом.

Необходимым условием обеспечения безопасности полета является учет практически возможных опасных случаев для каждого элемента конструкции и каждой функциональной системы вертолета.

Статическая прочность и выносливость конструкции вертолета должны быть таковы, чтобы исключалась возможность опасного для вертолета разрушения элементов конструкции при действии на них нагрузок в ожидаемых условиях эксплуатации в пределах установленных ресурсов и сроков службы.

Особое внимание в процессе конструирования необходимо уделять обеспечению безотказной работы каждой функциональной системы, нарушение нормальной работы которой во всех возможных сочетаниях внешних условий, воздействующих на систему, может

привести к катастрофическим летным происшествиям. Возможность отказов элементов, приводящих к отказу функциональной системы или его опасным последствиям, должна быть сведена к минимуму соответствующими конструктивными мероприятиями.

По степени ответственности за безопасность полета все агрегаты и детали вертолета можно разделить на четыре группы.

• 1   группа — агрегаты, разрушение которых приводит к немедленному и полному нарушению работоспособности и безопасности при трудно обнаруживаемом, начале появления усталостной трещины. К этой группе можно отнести лопасти, лонжерон которых обшит каркасом и не позволяет осмотреть его после полета, ряд закрытых для осмотра деталей втулки и системы управления ИВ и РВ, вал НВ и т.д.

• 2   группа — агрегаты, разрушение которых могло бы привести к немедленному и полному нарушению работоспособности конструкции и безопасности полета, но имеется возможность раннего обнаружения появления усталостной трещины. Сюда входят лопасти с надежно работающей системой сигнализации появления трещин и все остальные агрегаты, отнесенные к I группе, если появление в них усталостной трещины может быть обнаружено в предполетном осмотре.

• 3   группа — агрегаты, разрушение которых приводит к частичной потере работоспособности конструкции и угрожает безопасности полета, но позволяет совершить вынужденную посадку без поломки вертолета. К этой группе принадлежат многие элементы фюзеляжа, даже редукторная рама, если она выполнена на статически неопределимой схеме.

• 4   группа — агрегаты, разрушение которых вызывает частичную потерю работоспособности вертолета с сохранением возможности продолжения полета, не влечет за собой быстрого разрушения других агрегатов и позволяет обнаружить разрушение при наземном осмотре. К этой группе можно отнести многие элементы фюзеляжа, стабилизатор и ряд аналогичных элементов конструкции.

Детали и узлы следует конструировать не только по критерию безопасной долговечности, но и на сопротивление процессу разрушения, т.е. так, чтобы треснувшие детали могли быть обнаружены и заменены до разрушения конструкции. Жизненно важные части конструкции должны быть доступны для осмотра, а в случае недоступности осмотра — конструироваться с большим запасом или дублироваться. При наличии трещин остаточная прочность конструкции должна находиться в заданных пределах по условиям надежности.

Решение проблемы безопасности вертолетного транспорта входит в комплекс работ и мероприятий, направленных на:

• а)  совершенствование организации, технического оснащения и повышение квалификации персонала всех служб системы воздушного транспорта; создание потенциально безопасного вертолета, соответствующего уровню и условиям эксплуатирующих организаций;

• б)  повышение выживаемости пассажиров и экипажа при попадании вертолета в аварийную или катастрофическую ситуацию.

Разработка конструкции должна быть частью комплексной программы конструкторских, расчетных и экспериментально-исследовательских работ, посвященных преимущественно вопросам надежности и ресурса.

Расчетные и экспериментально-исследовательские работы при создании конструкции агрегата осуществляются в три этапа.

1.  На первом этапе, кроме обычной проверки прочности по нагрузкам, определяемым нормами прочности, производятся по крайней мере следующие расчетные работы:

—   оптимизация массы и экономических показателей;

—   расчет выносливости силового продольного набора и основных нагруженных узлов;

—   определение соответствия схемы и типа конструкции требованиям безопасного разрушения.

Все эти расчеты производятся на самой ранней стадии конструирования для того, чтобы заложить в конструкцию те основные принципы, которые позднее не могут быть скорректированы. Объем расчетных работ определяет и методы их исполнения. Без использования ЭВМ необходимый объем расчетов практически невыполним.

2.  Конструкторскую разработку должны предварять или, в крайнем случае, сопровождать испытания конструктивных образцов и моделей второго этапа исследования. На втором этапе определяются: допускаемые напряжения сжатия в силовом продольном наборе; выносливость регулярной зоны нижнего и верхнего силовых продольных наборов; выносливость критических мест конструкции, главным образом, поперечных стыков (для выбора типа стыка и оценки его соответствия требуемому ресурсу); скорость распространения трещин на образцах для проверки выбора материала и типа конструкции.

3.  Завершающим, третьим этапом комплексной программы должны быть испытания полноразмерных отсеков, стендов и целиком агрегатов на статическую прочность по программе испытаний на ресурс (включая испытания на скорость распространения трещин, безопасность при частичном разрушении, акустическую прочность и т.д.) и функциональные испытания агрегатов механизации с проверкой их работоспособности.

Масса, определяемая конструктивно-технологическими факторами, формируется за счет не силовых элементов конструкции — перегородок, полок для размещения и крепления оборудования, внутренней отделки кабин и т.д., а также за счет дополнительной массы технологических соединений, постоянной толщины листового материала и стандартных профилей, применяемых для обшивки и стрингерного набора каркасных агрегатов.

Снижение технологических излишков массы возможно по следующим направлениям.

1.  Применение полуфабрикатов переменных сечений (клиновидной обшивки и профилей).

2.  Применение монолитных прессованных, литых или механически обработанных конструкций (панели, окантовки, люки, каркасы фонарей и окон). Эти конструкции из-за отсутствия соединительных отверстий обладают повышенной усталостной прочностью. Особенно выгодны штампованные детали, у которых сохраняется волокнистая структура металла.

3.  Увеличение габаритов полуфабрикатов (обшивка, профилей) для уменьшения числа соединений.

4.  Расширение сортамента полуфабрикатов (увеличение числа типоразмеров). Применение при малых нагрузках тонкостенных катаных профилей или профилей из листового материала.

5.  Сужение поля допусков на полуфабрикаты, литье и штампованные детали, уменьшение плюсовых допусков.

6.  Уменьшение числа технологических разъемов.

7.  Применение для соединений сварки (в частности, диффузионной), склейки, пайки, не ослабляющих основную конструкцию и допускающих использование материалов малых толщин.

8.  Уменьшение массы стыковочных элементов соединения за счет применения:

а)  болтов из титановых сплавов;

б)  облегченных болтов: полых, с уменьшенной длиной резьбы, с округлыми головками, облегченных гаек;

в)  болтов из алюминиевых сплавов для неответственных соединений;

г)  хомутов и других крепежных деталей из перфорированной ленты.

9.  Использование новых материалов и прогрессивных методов для декоративной покраски, герметизации и защиты от коррозии.

10. Тщательное выполнение сопрягаемых деталей, исключающих возникновение нерасчетных нагрузок и применение компенсаторов, прокладок, шпаклевки,  герметиков, излишне мощного крепежа и т.д.

11. Широкое применение химического фрезерования для получения деталей с переменными и минимальными сечениями.

12. Применение упрочняющей технологии: дробеструйной обработки, обкатки роликами, дорнования и т.д.

13. Селективная выборка материалов по физико-химическим характеристикам — если невозможно добиться стабильных свойств при их изготовлении.

Узлы и агрегаты техники