автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Метод уточнения характеристик живучести силовых элементов планера длительно эксплуатируемых воздушных судов

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОМ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ»

На правах рукописи УДК 629.7.02:519.2

005004842

СЕМИН АЛЕКСАНДР ВИКТОРОВИЧ

МЕТОД УТОЧНЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЖИВУЧЕСТИ СИЛОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛАНЕРА ДЛИТЕЛЬНО ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

Специальность 05.22.14.- «Эксплуатация воздушного транспорта»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

8 ДЕК 2011

Москва 2011

005004842

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприяп Государственном научно-исследовательский институте гражданской авиации

(ГосНИИ ГА)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

В.В. НИКОНОВ

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Г.Е.МАСЛЕННИКОВА - доктор технических наук Г.Н. ГИПИЧ

Ведущая организация - ОАО "ТУПОЛЕВ"

Защита состоится « 27 » декабря 2011г. в 15 часов на заседании диссер ционного совета Д315.002.01 в Федеральном государственном унитарном пр( приятии Государственном научно-исследовательском институте гражданок авиации (ГосНИИ ГА) по адресу: 125438, г. Москва, ул.Михалковская д.67/1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГосНИИ ГА.

Отзывы, заверенные гербовой печатью, просим направлять по вышеуказ; ному адресу.

Автореферат разослан «_» _ 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета ДЗ 15.002.01

к.т.н. А.Е. Байков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Расчетные условия оценок ресурсных характеристик силовых элементов воздушных судов (ВС), применяемые в отечественной и зарубежной практиках, приводятся в нормативных документах АП 25, FAR 25, CS 25, нормах ICAO и др. Методы расчетов ресурсных характеристик авиаконструкций, применяемые в зарубежных самолетостроительных фирмах, достаточно схожи с отечественными (наиболее существенные отличия можно отметить в значениях коэффициентов надежности). Значительный вклад в области обеспечения безопасности эксплуатации по условиям прочности внесли ученые ЦАГИ, ГосНИИ ГА, руководители и ведущие специалисты ОКБ: А.Ф.Селихов, В.Л.Райхер, Ю.А.Стучалкин, В.Г.Лейбов, А.З.Воробьев, Г.И.Нестеренко, М.С.Громов, В.С.Шапкин, Фролков А.И., Далецкий C.B., Антонюк В.А., Сиротин H.H., Ю.М.Фейгенбаум, Шенгардт.А.С., В.И.Абрамов, Е.Я.Виноградов, В.Е.Стрижиус, В.Х.Сахин, В.В.Левицкий и другие.

В настоящее время осуществляется перевод авиатехники на эксплуатацию без плановых капитальных ремонтов (эксплуатацию по состоянию). При этом, в системе обеспечения безопасности эксплуатации ВС по условиям прочности при длительной эксплуатации, принципиальное значение приобретают вопросы контроля текущего ресурсного состояния силовой конструкции планера как каждого экземпляра, так и парка в целом.

Основой такого контроля являются работы по периодическому уточнению характеристик живучести основных силовых элементов планера самолета в процессе эксплуатации. Таким образом выбор темы работы в настоящих условиях является актуальной задачей.

Уточнение характеристик живучести может быть проведено по следующим основным направлениям:

- разработка расчетных методов оценок усталостной долговечности и длительности роста трещин, наиболее полно учитывающих спектр эксплуатационных факторов;

- экспериментальные исследования на усталость и циклическую трещино-стойкость при нагрузках, имитирующих эксплуатационные;

- обобщение, анализ и сведение в базу данных информации об эксплуатационных повреждениях силовых конструкций и действующих нагрузках.

Учитывая актуальность вышеперечисленных проблем, в качестве объекта исследований автором рассматривался собственно планер магистрального пассажирского самолета (на примере планера Ту-154), а в качестве предмета исследования - его (планера) характеристики живучести.

Цель работы - обеспечение летной годности длительно эксплуатируемых самолетов, путем уточнения характеристик живучести.

Для достижения этой цели в диссертационной работе поставлены и решаются слеазтощие_зад2НЫ:

- создание информационной базы, обеспечивающей периодический контроль за техническим состояние самолета;

- систематизация данных об эксплуатационных повреждениях планера ЛА с большим напетом;

- определение перечня критических с точки зрения усталости и коррозионной стойкости зон и элементов конструкции;

- разработка схемы коррозионных повреждений элементов конструкции;

- проведение лабораторных экспериментальных исследований усталостной долговечности и циклической трещиностойкости образцов при нагружениях, имитирующих условия эксплуатации;

- разработка методики расчета периода живучести тонкостенных элементов планера, наиболее полно учитывающей основные эксплуатационные факторы, а

жже соотношение для оценок коэффициентов надежности по периодичности знтроля трещиноопасных элементов;

- разработка процедуры поддержания летной годности самолетов, эксплуа-фующихся с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы;

- разработка методики прогнозирования коррозионного состояния проекти-уемых самолетов на основании накопленного опыта эксплуатации самолета У-154М.

Методологической основой исследований являлись нормативные докумен-л и методики по оценкам ресурсов авиатехники, основные положения механики врушения, сопротивления материалов, аэродинамики и динамики полетов, меда теории вероятностей и математической статистики. В качестве исходных атериалов использовались результаты натурных и полунатурных стендовых ¡сурсных испытаний, проведенных в ОКБ и на предприятиях ГА; данные фото-жументирования состояния планера, полученные в НЦ ПЛВГС ГосНИИ ГА в юцессе работ по сертификации и продлению ресурсов ВС; результаты лабора->рных экспериментальных исследований на усталость и коррозионную стой->сть, проводимых в ОНИЛ-15 МГТУ ГА и других организациях.

Достоверность и адекватность результатов исследований подтверждает-[ опытом эксплуатации. Установленные зависимости и закономерности теоретики объяснимы и сопоставимы с эксплуатационными и экспериментальными иными.

Научная новизна и теоретическая значимость работы заключается в раз-.ботке:

- метода уточнения характеристик живучести длительно эксплуатируемых здушных судов;

- методики расчета периода живучести тонкостенных элементов планера, [итывающей случайный характер эксплуатационных нагрузок и наличие корро-онных повреждений, а также соотношение для оценок коэффициентов запасов

по периодичности контроля трещиноопасных элементов, которые позволяют получить уточненные оценки остаточного ресурса и периодичность их контроля;

- методики прогнозирования коррозионного состояния проектируемых самолетов, которая позволяет осуществлять превентивные мероприятия по поддержанию летной годности вводимых в эксплуатацию воздушных судов;

- процедуры поддержания летной годности самолетов, эксплуатирующихся с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы.

Автор выносит на защиту:

- метод уточнения характеристик живучести длительно эксплуатируемых воздушных судов;

- методику расчета периода живучести тонкостенных элементов планера, учитывающую случайный характер эксплуатационных нагрузок, и наличие коррозионных повреждений, а также соотношение для оценок коэффициентов запасов по периодичности контроля трещиноопасных элементов, которые позволяют получить уточненные оценки остаточного ресурса и периодичность их контроля;

- методику прогнозирования коррозионного состояния проектируемых самолетов, которая позволяет осуществлять превентивные мероприятия по поддержанию летной годности вводимых в эксплуатацию воздушных судов;

- процедуру поддержания летной годности самолетов, эксплуатирующихся с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы;

- систематизированные данные об эксплуатационных повреждениях планера ЛА с большим налетом; перечень критических с точки зрения усталости и коррозионной стойкости зон и элементов конструкции; схемы коррозионных повреждений элементов конструкции как информационное обеспечение для научного обоснования выбора режимов ТО и Р длительно эксплуатируемых самолетов;

- результаты экспериментальных исследований усталостной долговечности и циклической трещиностойкости при нагружениях, имитирующих условия экс-

плуагации, для расчетно-экспериментальных оценок периодичности контроля силовых элементов длительно эксплуатируемых самолетов;

- методику расчета периода живучести тонкостенных элементов планера, учитывающую случайный характер эксплуатационных нагрузок и наличие коррозионных повреждений, а также соотношение для оценок коэффициентов запасов по периодичности контроля трещиноопасных элементов, позволяющих получить уточненные оценки остаточного ресурса и периодичность их контроля.

Личный вклад автора Работы по переводу самолетов Ту-154М на эксплуатацию с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы выполнены при непосредственном участии автора (как руководителя группы поддержания летной годности самолетов семейства «Ту») совместно со специалистами ОАО "Туполев". При этом сформулированы требования и перечень к работам по ТО и Р, проанализированы и оценены эффективность эксплуатации.

Автором проведен системный статистический анализ эксплуатационных повреждений планера самолета Ту-154М для выявления потенциально опасных мест с точки зрения усталости и коррозионной стойкости силовых элементов для обеспечения превентивных мероприятий по поддержанию летной годности длительно эксплуатируемых самолетов, эксплуатируемых с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы.

Автором разработана методика расчетов длительности роста трещин усталости при наличии коррозионных повреждений и условиях воздействия нерегулярных нагрузок; получено соотношение для оценок коэффициентов надежности по периодичности контроля в зависимости от качества дефектации (вероятности обнаружения трещин при однократном осмотре), что в совокупности позволяет научно обоснованно устанавливать и корректировать в эксплуатации интервалы между осмотрами.

Практическое значение и экономическая эффективность работы обусловлена возможностью использования ее результатов для перевода авиатехники

на эксплуатацию с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы от 10000 летных часов, 4000 полетов, 6 календарных лет до 30000 летных часов,

11000 полетов, 20 календарных лет.

Реализация результатов. Результаты диссертационной работы являются составной частью процедуры поэтапного расширения межремонтных ресурсов и сроков службы парка самолетов. По восьми авиакомпаниям при личном участии автора подготовлено 11 решений. В частности:

- Решение "Об условиях установления парку самолетов Ту-154М ОАО "Аэрофлот-РАЛ" межремонтного ресурса и срока службы (8000 летных часов, 10000 полетов, 15 календарных лет) в пределах назначенного ресурса 50000 летных часов, 20000 полетов, 30 календарных лет" (утв.09.01.2005г., рег.№ 5.9-19ГА).

- Решение Дополнение №3 к Решению Ространснадзора .№ 5.9-19ГА от 09.01.2005г. "Об условиях установления парку самолетов Ту-154М ОАО "Аэрофлот-РАЛ" межремонтного ресурса 30000 летных часов, 11000 полетов в пределах межремонтного срока службы 15 календарных лет и назначенного ресурса срока службы 50000 летных часов, 20000 полетов и 30 календарных лет"

(утв. 12-21.04.2006г., рег.№ 5.9-152ГА).

- Решение "Об условиях установления парку самолетов Ту-154М ОА< "Авиакомпании "ЮТэйр" межремонтного (до 1-го ремонта) ресурса 25000 летны часов, 10000 полетов в пределах действующего межремонтного (до 1-го ремонт: срока службы 15 календарных лет, назначенного ресурса и срока служб 50000 летных часов, 20000 полетов и 30 календарных лет" (утв.31-12.2008г

рег.№ 8.9-688ГА).

Апробация работы. Основные материалы выполненных исследований отдельные результаты работы докладывались на Международной науч» технической конференции, посвященной 85-летию гражданской авиации. Роса 22-24 апреля 2008 г.; на международной научно-технической конференции, п священной 80-летию гражданской авиации России 17-18 апреля 2003 г., Москв

на научно-технических семинарах и совещаниях в ГосНИИ ГА и самолетостроительных ОКБ.

Публикации. Научные и практические результаты диссертационной работы опубликованы в одной монографии и 20 печатных работах, в том числе 12 - в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Дальнейшее развитие работы связано с распространением полученных результатов на другие типы ВС и разработкой автоматизированных систем оценок текущего ресурсного состояния конструкции планера ЛА по критериям усталостной долговечности и коррозионной стойкости. Необходима проработка вопросов прогнозирования ресурсного состояния новых типов ВС на основе информации длительно эксплуатируемых ВС.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, трех приложений. Работа содержит 21 таблицу, 90 рисунков, список использованных источников из 160 наименований. Общий объем работы - 152 листа сквозной нумерации основного текста и 28 листов приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении дается общая характеристика работы, обосновывается актуальность, научная новизна и практическая значимость. Формулируется цель научных исследований и намечаются пути решения.

В первой главе рассматривается состояние проблемы поддержания летной годности воздушных судов в контексте современных концепций проектирования и эксплуатации летательных аппаратов (JIA) транспортной категории. Выделяются основные факторы, определяющие ресурсное состояние как единичного экземпляра, так и парка в целом. Анализируются и систематизируются эксплуатационные повреждения элементов конструкции планера. Дается обоснование перевода авиатехники на эксплуатацию по состоянию. Приводятся основные соотношения, применяемые в практике отечественных самолетостроительных ОКБ при определении характеристик живучести, и значения коэффициентов надежности. По результатам обзора формулируются цель и задачи.

В западных странах воздушные суда, срок службы которых превысил 14 лет, относятся к «стареющему» парку. Для этих ВС по каждому из типов начинают действовать созданные разработчиком и одобренные авиационными властями западных стран программы эксплуатации «стареющих» ВС (aging aircraft program). Их выполнение является обязательным для эксплуатанта. Целесообразность дальнейшей эксплуатации ВС определяется экономической компонентой деятельности авиакомпании.

Большинство аттестованных ВС, составляющих основу парка гражданской авиации России, имеют средний календарный срок службы более 15 лет. (Ту-134 -26 лет, Ту-154Б - 25 лет, Ту-154М - 14 лет, Ил-62МУ - 19 лет, Як-42 - 16 лет). Если придерживаться традиционно используемой в отечественной практике стратегии поддержания летной годности ВС, базирующейся, в основном, на капитальных

10

ремонтах и выполнении форм периодического технического обслуживания, то порядка 50 % ВС типа Ту-134, Ту-154 уже сейчас необходимо отправить на ремонтные заводы. Из-за ограниченности их (заводов) мощностей более 25% самолетов попадет в "простой", что повлечет за собой деградацию системы авиаперевозок совместно со значительными экономическими потерями. Один из путей преодоления указанных тенденций заключается в совершенствовании системы поддержания летной годности ВС ГА посредством сочетания системы увеличения назначенных и межремонтных ресурсов (сроков службы) «стареющего» парка и системы сертификации экземпляра ВС с внедрением эксплуатации авиатехники по состоянию. Поэтому переход на эксплуатацию с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы не только экономически целесообразен, но и практически необходим.

Эксплуатация по состоянию ВС, в части касающейся планера, требует мониторинга его ресурсного состояния и, в частности, применения уточненных методов оценок остаточного ресурса силовых элементов, базирующихся на информации о текущих условиях эксплуатации. Это и предопределило цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе представлены результаты расчетно-экспериментальных исследований, связанные с разработкой уточненных методов оценок длительности развития повреждений, для целей прогнозирования остаточного ресурса и установления периодичности контроля критических по усталости элементов и зон конструкции. Уточнение проводилось за счет более полного учета в расчетах условий эксплуатации с применением в испытаниях высокоточного оборудования.

Экспериментальные исследования проводились в ОНИЛ-15 МГТУ ГА на электрогидравлической установке с компьютерным управлением.

Эксплуатационное нагружение моделировалось путем многократного воспроизведения в испытаниях тензометрической записи напряжений левого полукрыла пассажирского самолета в зоне 38-й нервюры на этапе горизонтального

полета в режиме "болтанка". Время записи в полете - 171 с, интервал дискретизации & = 0,016 с. С целью форсирования испытаний реализация была отцентрирована, отнормирована и приведена к процессу с математическим ожиданием М = 70 МПа и с.к.о. Б = 30 МПа. Фрагмент записи, выведенный на двухкоординатный самописец, демонстрируется на рис. 1. Форсированная запись имела следующие статистические характеристики: % = 0,23, <До> = 1,61 МПа, пс = 1,62, п3 =5,26 (^-коэффициент нерегулярности, <Дст> - средний размах напряжений полных циклов; По, пэ- число положительных нулей и экстремумов соответственно).

Рис.1. Фрагмент записи, выведенный на двухкоординатный самописец

Результаты эксперимента, частично приведенные на рис. 2, свидетельствуют о возможности имитации эксплуатационных нагрузок соответствующими блок- программами без существенной потери точности. Подтверждается полученный в работах С. Схайве, В.В. Никонова, B.C. Шапкина вывод о необходимости исключения экстремальных нагрузок (нагрузок, превышающих два стандартных отклонения от среднего значения) в лабораторных испытаниях по оценкам характеристик циклической трещиностойкости.

«

Число циклов нагружения Рис.2. Результаты эксперимента

В третьей главе обсуждаются результаты эксперимента и предлагаются теоретические модели, уточняющие расчеты характеристик живучести. Уточнение базируется на основе совместного учета основных эксплуатационных факторов: случайного характера эксплуатационного нагружения и наличия коррозионных повреждений.

Для уточненных расчетных оценок характеристик живучести предлагается использовать модифицированное дифференциальное уравнение Пэриса-Эрдогана. Учет нерегулярности нагружения и возможного наличия коррозионных повреждений проводится введением размаха эффективного коэффициента интенсивности напряжений (КИН), имеющего мультипликативную структуру

АКэфф=фэ(<5)фг(1,Г)фк(Ь,Р)[7г1/2]1/2,

где фэ(ст) - функция, учитывающая случайный характер эксплуатационных нагрузок (определяется с учетом экспериментальных данных по методике В.В. Никонова, B.C. Шапкина); фг(1,Г) - содержит поправки по конструктивным особенностям силового элемента (определяется по справочным материалам, либо рассчитывается численными методами; cpK(h,F) - учитывает наличие коррозионного повреждения глубиной h и площадью F в зоне возможного развития трещины (определяется по результатам испытаний лабораторных образцов с коррозионными повреждениями).

В результате анализа расчетов, сопоставления их с данными эксперимента, анализа структур блок-программ нагружения, имитирующих нагрузки, действующие на корневые части крыла основных типов транспортных самолетов, делается вывод о целесообразности использования в расчетах длительности роста трещин линейных моделей.

Важной составляющей процедуры уточнения характеристик живучести является выбор периодичности осмотров т трещиноопасных элементов: т = t»/ri (t. - длительность роста трещины от максимально необнаруживаемого размера до критического; т] - коэффициент надежности, выбираемый по рекомендациям АП-25.571). Проблема расчетов по указанной формуле заключается в трудности оценок величины t. (периода живучести) в условиях реальной эксплуатации и учета вероятности пропуска дефекта при осмотрах.

Для качественных (а в некоторых случаях - количественных) оценок влияния коэффициента запаса (г|), периода живучести (t.), вероятности обнаружения трещины при однократном осмотре (Ро6н) и усталости, характеризуемой функцией распределения времени to образования трещины усталости (Ft0(x)), предложено соотношение для расчетов показателей надежности силовых элементов по критерию прочности:

К(1)=1-Р40(м.)[1-Ро6н]ым, (1)

где Я^) - функция надежности (безотказности); ¡Щ[г]]-целая часть числа.

Следствием соотношения (1) являются формулы для оценок дополнительных коэффициентов запаса, учитывающих качество дефектации:

Г|=1оЕ(Рн)/1оЕ(1-Роб„),

П=1оё(10-3К%ооТ)/1о£(1-Робн), (2)

гИоё(юнТ)/1оё(1-Робн),

где Р", ш", К"юоо - нормативные значения вероятности отказа за ресурс Т, интенсивности отказов и количества отказов на тысячу летных часов. Так при Рн=10"' и Роби= 0.95, 0.90, 0.5 коэффициент запаса 71^2,3 и 10 соответственно.

В четвертой главе проводится систематизация усталостных и коррозионных повреждений, как повреждений, в основном, определяющих остаточный ресурс планера и с наибольшей частотой повторяющихся в процессе эксплуатации. В итоге формируется общая картина повреждаемости планера, необходимая для мониторинга ресурсного состояния и уточнения характеристик живучести планера.

Для уточненных характеристик живучести планера необходимо располагать общей картиной о повреждаемости его элементов. Изменение начальных свойств и состояния элементов конструкции самолета является одной из причин потери им работоспособности. Оценка этого процесса может быть выполнена посредством анализа зон возникновения эксплуатационных повреждений и их параметров.

Анализ конструкции транспортного пассажирского самолета (рис.3) показал, что коррозии подвержен продольный силовой набор подпольной части конструк-

ции фюзеляжа с обшивкой, а также поперечные балки пола, рельсы пола, шпангоуты.

И13°/

г-н с о/ М QO/„

1%

I 8%

°< Ш3%

В 55%

Я Обшивка НСтрингер Н Шпангоут

■ Балка

□ Накладка О Рельса пола В Фитинг

И Элемент конструкции планера

Рис. 3. Общая картина повреждаемости элементов конструкции фюзеляжа транспортного самолета коррозией по результатам анализа периодических форм технического обслуживания

Пассажирские самолеты типа Ту-154 уже при налете 6-8 тыс. часов имеют коррозионные поражения элементов конструкций. Наибольшему коррозионному поражению подвержены стрингеры и обшивка в подпольной средней части фюзеляжа. Особенно сильно коррозия сосредоточена в зонах буфета-кухни, заднего вестибюля (шпангоуты 28-38), а также в зоне расположения задних санузлов (шпангоуты 56-66). Серьезные повреждения возникают ниже уровня пола. Значительные коррозионные повреждения наблюдались в зонах вокруг и под туалетами, на местах раковин туалетов и отсеков аккумуляторных батарей.

Анализ коррозионного состояния самолетов Ту-154М с налетом более 7000 л.ч. авиакомпании «Аэрофлот-РАЛ» показал, что по своим параметрам преобладают коррозионные поражения 2-го уровня (коррозия превышает пределы допустимой,

требуется замена детали на 1-ю категорию - устранение дефекта производится в соответствии с ремонтной и эксплуатационной документацией).

В результате обобщения опыта эксплуатации по состоянию ВС типа Ту-154 и сравнительных оценок уровней безопасности полетов до и после перевода парка самолетов на эксплуатацию по состоянию формулируются общие требования к системе мониторинга конструкции самолета при его переводе на эксплуатацию по состоянию. Здесь же дается обоснование возможности прогнозирования коррозионного состояния самолета на стадии проектирования на основе опыта эксплуатации самолетов-прототипов.

За период с 2005г. по 2008г. при непосредственном участии автора и с использованием результатов настоящей диссертационной работы было принято одиннадцать решений Ространснадзора по расширению межремонтных ресурсов и сроков службы в восьми авиакомпаниях: Аэрофлот-Рал, Алроса, Газпромавиа, Сибирь, Кавминводы, Когалымавиа, ЮТэйр, Якутия.

Проведенный в диссертационной работе анализ уровня безопасности полетов парка самолетов типа Ту-154 "Аэрофлот-РАЛ" за период эксплуатации с 1994 г. по 2007 г. (рис.4) показывает, что после принятия решения № 5.9-19ГА "Об условиях установления парку самолетов Ту-154М ОАО "Аэрофлот-РАЛ" межремонтного ресурса и срока службы..." число отказов уменьшилось при одновременном увеличении на 10% среднесуточного налета.

Года эксплуатации

Рис. 4. Эффект перевода группы самолетов Ту-154 авиакомпании Аэрофлот на эксплуатацию с увеличенным межремонтным интервалом

Три приложения к диссертационной работе содержат ряд материалов, необходимых для практического использования теоретических положений.

Приложение 1 содержит дефекты конструкции, выявленные в процессе эксплуатации и ремонта.

Приложение 2 представляет перечень профилей и фитингов, необходимый для ремонта фюзеляжа самолета Ту-154М, обусловленный коррозионными повреждениями.

Приложение 3 включает в себя схемы коррозионных повреждений элементов конструкции фюзеляжей самолетов Ту-154М ОАО АК «АЭРОФЛОТ-РАЛ», прошедших «Ф-2» - форму периодического ТО в центре ТОиР ЗАО «АТБ ДОМОДЕДОВО» в 2005 году.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. На основе статистического анализа сроков службы парка отечественных самолетов и оценки "пропускной способности" авиаремонтных предприятий определено, что единственно возможным способом сохранения парка «стареющих» самолетов является его перевод на эксплуатацию с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы.

2. При непосредственном участии автора совместно со специалистами ОАО "Туполев" ГосНИИ ГА разработана и реализована на самолетах Ту-154М процедура эксплуатации ВС с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы. Увеличение среднесуточного налета более чем на 10% и снижение показателя

'юоо свидетельствует о ее эффективности.

3. Разработан метод уточнения характеристик живучести длительно экс-луатируемых самолетов.

4. Систематизированы данные об эксплуатационных повреждениях планера [А с большим налетом; составлен перечень критических с точки зрения усталости коррозионной стойкости зон и элементов конструкции; разработаны схемы кор-озионных повреждений элементов конструкции как информационное обеспече-ие для научного обоснования выбора режимов ТО и Р при эксплуатации самоле-эв с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы;

5. Экспериментально получены результаты, позволяющие совместно с раешными соотношениями производить оценку характеристик живучести силовых 1ементов авиаконструкций. В частности:

- построены кривые усталости образцов с коррозионными повреждениями;

- подтверждена возможность имитации эксплуатационных нагрузок блок-зограммами;

- установлено, что в оценках периода живучести возможно применение линейных моделей без существенной потери точности, при этом расчеты дают запас по живучести порядка 5.. .10%.

6. Разработана методика расчета периода живучести тонкостенных элементов планера, учитывающая случайный характер эксплуатационных нагрузок и наличие коррозионных повреждений.

7. Получено соотношение для уточнения дополнительных коэффициентов надежности по периодичности осмотров. Коэффициенты безопасности на уровне

2...3.могут быть использованы при высоком качестве диагностирования

(Робн=0.95,0.90). При Рсбн=0.5 коэффициент надежности составляет порядка 10.

8. На основании опыта эксплуатации самолета Ту-154М разработана методика прогнозирования коррозионного состояния проектируемых самолетов, которая позволяет осуществлять превентивные мероприятия по поддержанию летной годности вводимых в эксплуатацию воздушных судов.

Список работ автора по теме диссертации

1. В изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК для опубликования основных результатов диссертации:

1.1. Бутушин C.B., Семин A.B. Фейгенбаум Ю.М. Оценка вероятности развития усталостного повреждения в элементах конструкции планера воздушного судна, имеющего производственные дефекты // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2011. -№163. -С. 103-109.

1.2. Гришин А.Н., Диогенов C.B., Самойлов И.А., Семин A.B., Фейгенбаум Ю.М., Халенков М.А. Самолеты семейства Ту-204 на рынке авиационных перевозок. Основные проблемы и перспективы их эксплуатации // Научный Вестник МГТУ ГА. -2011.-№163.-С. 30-40.

1.3. Бутушин C.B., Семин A.B. Обработка и анализ данных условий эксплуатационной нагруженности самолетов Ту-154 // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2010. -№153.-С. 24-28.

1.4. Бутушин C.B., Гришин А.Н., Семин A.B. Потенциал ресурса самолетов Ту-154 // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2010. - №153. - С. 29-36.

1.5. Бутушин C.B., Семин A.B. Целостность элементов конструкции планера при длительной эксплуатации воздушных судов // Научный Вестник МГТУ ГА. - 2009. -№141.-С. 30-37.

1.6. Антонова М.В., Божевалов Д.Г., Котелевец H.A., Семин A.B., Соколов Ю.С., Хлебникова И.Г., Шапкин B.C. Оперативный критерий оценки коррозионного состояния ВС // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность, поддержание летной годности. - 2008. - №130. - С. 59-67.

1.7. Шапкин B.C., Ицкович A.A., Семин A.B., Файнбург И.А. Анализ эффективности программы поддержания летной годности самолетов Ту-154М в центре ТОиР на основе прогрессивных технологий // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность, поддержание летной годности. - 2008. - №130. - С. 192-200.

1.8. Акопян К.Э., Лапаев A.B., Семин A.B. Анализ коррозионного состояния самолетов Ту-154М ОАО авиакомпании "Аэрофлот-РАЛ" по данным технического обслуживания в объеме формы "2" // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность. - 2007. - №119. - С. 24-29.

.9. Акопян К.Э., Бутушин C.B., Семин A.B. Анализ данных о коррозионном со-гоянии самолетов типа Ту-154, базирующихся в различных региональных управ-ениях // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность. - 2007. №119.-С.41-49.

1.10. Васильев В.Ю., Галаган Г.Е., Семин A.B., Шапкин B.C. Исследование раз-ушения стыковочных болтов // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика прочность. - 2007. - №119. - С. 50-56.

1.11. Бутушин C.B., Диогенов C.B., Семин A.B., Шапкин B.C. Поддержание летной годности экземпляра ВС в условиях безремонтной эксплуатации самолетов Ту-154М ОАО АК "Аэрофлот-РАЛ" // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика и прочность. - 2007. - №119. - С. 102-108.

1.12.Бутушин C.B., Семин A.B., Шапкин B.C., Шупляков В.В. Экспериментальная оценка влияния длительности эксплуатации самолетов Ту-154Б,М на усталостную долговечность типового клепанного соединения "обшивка-стрингер" фюзеляжа // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Аэромеханика, прочность, поддержание летной годности. - 2004. - №73(2). - С. 10-16.

2. В других изданиях:

2.1. Акопян К.Э., Бутушин C.B., Гришин А.Н., Лапаев A.B., Семин A.B., Шапкин B.C. Теория и практика оценки коррозионных повреждений элементов конструкции планера воздушных судов. - М.: НЦПЛГ ВС, 2010. - 288 с.

2.2. Бутушин C.B., Семин A.B. Потенциал ресурса "длительно эксплуатируемых" пассажирских самолетов "Туполев": Сб. научн. тр. ГосНИИ ГА. - 2010. - №311. -С. 163-167.

2.3.Шапкин B.C., Ицкович A.A., Семин A.B., Файнбург И.А. Оценка эффективности программ поддержания летной годности самолетов Ту-154М // Тезисы докладов международной научно-технической конференции, посвященная 85-летию гражданской авиации России 22-23 апреля 2008 г. - М.: МГТУ ГА, 2008. -С. 20.

2.4.Семин A.B. Статистика и анализ причин возникновения эксплуатационных повреждений самолета Ту-154Б // Тезисы докладов международной научно-технической конференции, посвященной 85-летию гражданской авиации России 22-23 апреля 2008 г. - М.: МГТУ ГА, 2008. - С. 39.

2.5.Никонов В.В., Семин A.B. Расчетно-экспериментальные исследования циклической трещиностойкости при эксплуатационном нагружении в виде тензометри-ческой записи // Тезисы докладов международной научно-технической конференции, посвященной 85-летию г ражданской авиации России 22-23 апреля 2008 г. -М.: МГТУ ГА, 2008. -С. 38.

2.5. Itskovich A.A., Faynburg I.A., Shapkin V.S., Gromov M.S., Semin A.V., Grishin A.N. Application of Effective Programmes of Maintaining Tu-154M Aircraft Air-

worthiness in the Aircraft Maintenance Centers//Of the trind World's Congress "Aviation in the 21st-Kyiv", Ukraine: NAV, 2008. Volume 1-S 11.14 -11.21/

2.6. Бутушин C.B., Денисов С.Б., Семин A.B. Мониторинг технического состояния парка самолетов Ту-154Б,М по данным показателей эксплуатационных повреждений. Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества // Тезисы докладов международной научно-технической конференции, посвященной 80-летню гражданской авиации России 17-18 апреля 2003 г. - М.: МГТУГА, 2003. С.-63.

2.7.Семин A.B., Филиппов В.П., Якобсон И.В. Исследование взаимозависимостей параметров типового полета методом статистического моделирования: Сб. научн. тр. ГосНИИ ГА. - 1988. - № 271, - С. 35-41.

2.8.Караев К.А., Семин A.B., Волков A.A., Фейгенбаум Ю.М. Исследование влияния работы АБСУ на нагруженность оперения самолетов типа Ту-154: Сб. научн. тр. ГосНИИ ГА. -1991. - № 291.- С. 27-36.

2.9.Баранов A.A., Семин A.B. Некоторые подходы к проведению предварительного статистического анализа параметров полета: Сб. научн. тр. ГосНИИ ГА. - 1991. -№297.-С. 37-41.

Соискатель

Семин A.B.

Печать офсетная 1,27 усл.печ.л.

Подписано в печать 24.11.11 г. Формат 60x84/16 Заказ № 1383/^/^

1,09 уч.-изд. л. Тираж 100 экз.

Московский государственный технический университет ГА 125993 Москва, Кронштадтский бульвар, д.20 Редащионно-издательский отдел 125493 Москва, ул. Пулковская, д.ба

© Московский государственный технический университет ГА, 2011

Введение

1 Проблемы поддержания летной годности длительно эксплуатируемых воздушных судов

1.1. Состояние вопроса. Постановка цели и задач исследований

1.1.1. «Возрастная» структура российского парка ВС зарубежного и отечественного производства

1.1.2 Система поддержания летной годности длительно эксплуатируемых ВС РФ и некоторые направления ее совершенствова- 15 ния

1.2 Статистика и анализ эксплуатационных повреждений «стареющих» самолетов с точки зрения их влияния на характери- 17 стики живучести планера

1.2.1 Систематизация эксплуатационных повреждений планера и агрегатов самолетов Ту-154М, Ил-86, Ил-76 с большим нале- 17 том

1.2.2. Коррозия как фактор, определяющий ресурсное состояние

1.3 Методы оценок характеристик живучести планера силовых 31 элементов воздушных судов

1.3.1 «Допустимость повреждения» как основной принцип проектирования и эксплуатации авиаконструкций

1.3.2 Основные характеристики живучести силовых элементов

1.3.3 Оценка безопасного ресурса силовых элементов авиаконструкций, эксплуатируемых по принципу «гарантированного ресурса»

1.3.4 Оценка безопасного ресурса и периодичности контроля силовых элементов.

1.4. Определение цели и задач исследования '

Выводы по первой главе

2 Экспериментальные исследования длительности роста трещин при нагружениях, имитирующих эксплуатационные спектры

2.1 Особенности исследования закономерностей развития усталостных трещин при эксплуатационных режимах нагружения

2.2. Формирование в испытаниях моделей эксплуатационного нагружения

2.2.1. Общие принципы формирования

2.2.2. Компоновка стандартных блок-программ

2.3. Формирование программ, имитирующих эксплуатационные спектры нагружения авиаконструкций

2.3.1. Блок-программы "типовой полет"

2.3.2. Блок-программы нагружения типа "TWIST", "ПУСК"

2.4. Образцы для испытаний, оборудование и технология проведения эксперимента

2.4.1. Испытания при нерегулярных нагрузках

2.4.2. Испытания на коррозионную стойкость

2.5. Результаты экспериментальных исследований 70 Выводы по второй главе

3. Разработка метода уточнения характеристик живучести и коэффициентов безопасности по периодичности осмотров

3.1 Обзор существующих подходов к оценкам периода живучести.

3.2. Модель расчетов длительности роста трещин с учетом случайного характера нагружения и наличия коррозионных повреждений

3.3. Упрощенная оценка коэффициентов запаса при расчетах периодичности контроля. 100 Выводы по третьей главе

4 Процедура поддержания летной годности длительно эксплуатируемых воздушных судов и ее практическая реализация

4.1 Сущность процедуры поддержания летной годности в процес- 106 се эксплуатации

4.2. Практическая реализация процедуры поддержания летной годности самолетов ТУ

4.2.1. Ресурсы самолета и поэтапное продление

4.2.2. Обеспечение безопасности эксплуатации в пределах установленных ресурсов и сроков службы

4.2.3 Поддержание летной годности самолетов Ту-154М, эксплуатируемых по безремонтной технологии

4.2.4 Мониторинг состояния элементов конструкции самолетов (на 124 примере Ту-154М ОАО «Аэрофлот-РАЛ»)

4.3 Прогноз коррозионного состояния конструкции транспортного 130 самолета на стадии проектирования

Выводы по четвертой главе

Актуальность темы. Расчетные условия оценок характеристик живучести планера воздушных судов (ВС), применяемые в отечественной и зарубежной практиках, приводятся в нормативных документах АП 25, FAR 25, CS 25, нормах ICAO и др. Методы расчета характеристик живучести авиаконструкций, применяемые в зарубежных самолетостроительных фирмах, достаточно схожи с отечественными (наиболее существенные отличия можно отметить в значениях коэффициентов надежности). Значительный вклад в области обеспечения безопасности эксплуатации по условиям прочности внесли ученые ЦАГИ, ГосНИИ ГА, руководители и ведущие специалисты отделений прочности ОКБ: А.Ф.Селихов, В.Л.Райхер, Ю.А.Стучалкин, В.Г.Лейбов, А.З.Воробьев, Г.И.Нестеренко, В.С.Дубинский, О.С.Быков, В.И.Цымбалюк, М.С.Громов, В.С.Шапкин, А.И.Фролков, С.В.Далецкий, В.А.Антонюк, В.В.Сулеменков, В.П.Шунаев, Ю.М.Фейгенбаум, В.И.Абрамов, Е.Я.Виноградов, В.Е.Стрижиус, В.Х.Сахин, В.В.Левицкий и другие.

В настоящее время осуществляется перевод авиатехники на эксплуатацию без плановых капитальных ремонтов (эксплуатацию по состоянию). При этом, в системе обеспечения безопасности эксплуатации ВС по условиям прочности при длительной эксплуатации, принципиальное значение приобретают вопросы мониторинга текущего ресурсного состояния силовой конструкции планера, как каждого экземпляра, так и парка в целом.

Основой мониторинга являются работы по периодическому уточнению характеристик живучести основных силовых элементов планера самолета в процессе эксплуатации. Уточнение характеристик живучести может быть проведено по следующим основным направлениям: разработка расчетных методов оценок усталостной долговечности и длительности роста трещин, наиболее полно учитывающих спектр эксплуатационных факторов; экспериментальные исследования на усталость и циклическую тре-щиностойкость при нагрузках, имитирующих эксплуатационные; обобщение, анализ и сведение в базу данных информации об эксплуатационных повреждениях силовых конструкций и действующих нагрузках.

Учитывая актуальность вышеперечисленных проблем, в качестве объекта исследований автором рассматривался собственно планер магистрального пассажирского самолета (на примере планера ТУ-154), а в качестве предмета исследования - его (планера) характеристики живучести.

Цель работы - обеспечение летной годности длительно эксплуатируемых ВС, путем уточнения характеристик живучести.

Для достижения этой цели в диссертационной работе поставлены и решаются следующие задачи:

- создание информационной базы, обеспечивающей перевод самолета на эксплуатацию с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы;

- систематизация данных об эксплуатационных повреждениях планера ЛА с большим налетом;

- определение перечня критических с точки зрения усталости и коррозионной стойкости зон и элементов конструкции;

- разработка схемы коррозионных повреждений элементов конструкции;

- проведение лабораторных экспериментальные исследования усталостной долговечности и циклической трещиностойкости образцов при нагружениях, имитирующих условия эксплуатации;

- разработка методики расчета периода живучести тонкостенных элементов планера, наиболее полно учитывающую основные эксплуатационные факторы, а также соотношение для оценок коэффициентов запасов по периодичности контроля трещиноопасных элементов;

- разработка процедуры поддержания летной годности воздушных судов, эксплуатирующихся с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы;

- разработка методики прогнозирования коррозионного состояния проектируемых воздушных судов на основании накопленного опыта эксплуатации самолета Ту-154М.

Методологической основой исследований являлись нормативные документы и методики по оценкам ресурсов авиатехники, основные положения механики разрушения, сопротивления материалов, аэродинамики и динамики полетов, методы теории вероятностей и математической статистики. В качестве исходных материалов использовались результаты натурных и полунатурных стендовых ресурсных испытаний, проведенных в ОКБ и на предприятиях ГА; данные фотодокументирования состояния планера, полученные в НЦ ПЛВГС в процессе работ по сертификации и продлению ресурсов ВС; результаты лабораторных экспериментальных исследований на усталость и «коррозионную стойкость, проводимых в ОНИЛ-15 МГТУ ГА и других организациях.

Достоверность и адекватность результатов исследований подтверждается опытом эксплуатации. Установленные зависимости и закономерности теоретически объяснимы и сопоставимы с эксплуатационными и экспериментальными данными.

Научная новизна и теоретическая значимость работы заключается в разработке:

- метода уточнения характеристик живучести длительно эксплуатируемых воздушных судов;

- методики расчета периода живучести тонкостенных элементов планера, учитывающей случайный характер эксплуатационных нагрузок и наличие коррозионных повреждений;

- соотношения для оценок коэффициентов запасов по периодичности контроля трещиноопасных элементов, позволяющие получить уточненные оценки остаточного ресурса и периодичности контроля;

- методики прогнозирования коррозионного состояния воздушного судна, позволяющей осуществлять превентивные мероприятия по поддержанию летной годности вводимых в эксплуатацию ВС;

- процедуры поддержания летной годности воздушных судов, эксплуатирующихся с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы.

Автором получены следующие новые результаты и разработки выносимые на защиту:

- метод уточнения характеристик живучести длительно эксплуатируемых воздушных судов;

- методику расчета периода живучести тонкостенных элементов планера, учитывающей случайный характер эксплуатационных нагрузок и наличие коррозионных повреждений;

- соотношения для оценок коэффициентов запасов по периодичности контроля трещиноопасных элементов, позволяющие получить уточненные оценки остаточного ресурса и периодичности контроля;

- методику прогнозирования коррозионного состояния воздушного судна, позволяющей осуществлять превентивные мероприятия по поддержанию летной годности вводимых в эксплуатацию ВС;

- процедуру поддержания летной годности воздушных судов, эксплуатирующихся с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы.

- систематизированные данные об эксплуатационных повреждениях планера ВС с большим налетом; перечень критических с точки зрения усталости и коррозионной стойкости зон и элементов конструкции; схемы коррозионных повреждений элементов конструкции как информационное обеспечение для научного обоснования выбора режимов ТО и Р при эксплуатации самолетов с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы;

- результаты экспериментальных исследований усталостной долговечности и циклической трещиностойкости при нагружениях, имитирующих условия эксплуатации, для расчетно-экспериментальных оценок ресурсных характеристик силовых элементов длительно эксплуатируемых самолетов;

- методику расчета периода живучести тонкостенных элементов планера, учитывающая случайный характер эксплуатационных нагрузок и наличие коррозионных повреждений, а также соотношение для оценок коэффициентов запасов по периодичности контроля трещиноопасных элементов, позволяющие получить уточненные оценки остаточного ресурса и периодичность их контроля.

Личный вклад автора Работы по переводу самолетов Ту-154М на эксплуатацию с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы выполнены при непосредственном участии автора, совместно со специалистами ОАО «Туполев». При этом сформулированы требования и уточнен объем работ по ТО и Р.

Автором разработан метод уточнения характеристик живучести силовых элементов планера длительно эксплуатируемых воздушных судов.

Автором проведен системный статистический анализ эксплуатационных повреждений планера самолета Ту-154М для выявления потенциально опасных мест с точки зрения усталости и коррозионной стойкости силовых элементов для обеспечения превентивных мероприятий по поддержанию летной годности длительно эксплуатируемых самолетов, эксплуатирующихся с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы.

Автором разработана методика расчетов длительности роста трещин усталости при наличии коррозионных повреждений и условиях воздействия нерегулярных нагрузок; получено соотношение для оценок коэффициентов надежности по периодичности контроля в зависимости от качества дефекта-ции (вероятности обнаружения трещин при однократном осмотре), что в совокупности позволяет научно обоснованно устанавливать и корректировать в эксплуатации интервалы между осмотрами.

Практическое значение и экономическая эффективность работы обусловлена возможностью использования ее результатов для перевода воздушных судов на эксплуатацию с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы от 10000 летных часов, 4000 полетов, 6 календарных лет до 30000 летных часов, 11000 полетов, 20 календарных лет.

Реализация результатов. Результаты диссертационной работы являются составной частью процедуры поэтапного расширения межремонтных ресурсов и сроков службы парка самолетов. По восьми авиакомпаниям при личном участии автора подготовлено 11 решений. В частности:

- Решение "Об условиях установления парку самолетов Ту-154М ОАО "Аэрофлот-РАЛ" межремонтного ресурса и срока службы (8000 летных часов, 10000 полетов, 15 календарных лет) в пределах назначенного ресурса 50000 летных часов, 20000 полетов, 30 календарных лет" (утв.09.01.2005г., рег.№ 5.9-19ГА);

- Решение Дополнение №3 к Решению Ространснадзора .№ 5.9-19ГА от 09.01.2005г. "Об условиях установления парку самолетов Ту-154М ОАО "Аэрофлот-РАЛ" межремонтного ресурса 30000 летных часов, 11000 полетов в пределах межремонтного срока службы 15 календарных лет и назначенного ресурса и срока службы 50000 летных часов, 20000 полетов и 30 календарных лет" (утв.12-21.04.2006г., рег.№ 5.9-152ГА);

- Решение "Об условиях установления парку самолетов Ту-154М ОАО "Авиакомпании "ЮТэйр" межремонтного (до 1-го ремонта) ресурса 25000 летных часов, 10000 полетов в пределах действующего межремонтного (до 1-го ремонта) срока службы 15 календарных лет, назначенного ресурса и срока службы 50000 летных часов, 20000 полетов и 30 календарных лет" (утв.31-12.2008г., рег.№ 8.9-688ГА).

Апробация работы. Основные материалы выполненных исследований и отдельные результаты работы докладывались на: Международной научно-технической конференции, посвященной 85-летию гражданской авиации. Россия 22-24 апреля 2008г. "Гражданская авиация на современном этапе "; Of the trind World"s Congress "Aviation in The 21st-Kyiv, Ukraine; NOV, 2008; на международной научно-технической конференции, посвященной 80-тилетию гражданской авиации России 17-18 апреля 2003 г.- Москва; научно-технических семинарах и совещаниях в ГосНИИ ГА и самолетостроительных ОКБ.

Публикации. Научные и практические результаты диссертационной работы опубликованы в одной монографии и 20 печатной работе, в том числе 12 - в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Дальнейшее развитие работы связанно с распространением полученных результатов на более широкий класс типов ВС и разработкой автоматизированных систем оценок текущего ресурсного состояния конструкции планера JIA по критериям усталостной долговечности и коррозионной стойкости. Необходима проработка вопросов прогнозирования ресурсного состояния новых типов ВС на основе информации длительно эксплуатируемых ВС.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, трех приложений. Работа содержит 21 таблицу, 90 рисунков, список использованных источников из 160 наименований. Общий объем работы — 152 листа сквозной нумерации основного текста и 28 листов приложений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. На основе статистического анализа сроков службы парка отечественных самолетов и оценки возможностей авиаремонтных предприятий определено, что единственно возможным способом сохранения парка длительно эксплуатируемых воздушных судов является его перевод на эксплуатацию с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы.

2. При непосредственном участии автора совместно со специалистами ОАО "Туполев" разработана и реализована на самолетах Ту-154М процедура эксплуатации с увеличенным межремонтным ресурсом и сроком службы, при этом среднесуточный налет увеличился более чем на 10% и снизился показатель Кюоо

3. В обеспечение эксплуатации длительно эксплуатируемых воздушных судов автором на основе:

- систематизации данных об эксплуатационных повреждениях планера ВС с большим налетом:

- определения перечня критических с точки зрения усталости и коррозионной стойкости зон и элементов конструкции;

- разработки схем коррозионных повреждений элементов конструкции;

- экспериментально полученных результатов, позволяющих совместно с расчетными соотношениями производить оценку характеристик живучести силовых элементов авиаконструкций;

- результатов экспериментальных исследований усталостной долговечности и циклической трещиностойкости при нагружениях, имитирующих условия эксплуатации, для расчетно-экспериментальных оценок периодичности контроля силовых элементов были разработаны:

- метод уточнения характеристик живучести длительно эксплуатируемых воздушных судов;

- методика расчета периода живучести тонкостенных элементов планера, учитывающую случайный характер эксплуатационных нагрузок, и наличие коррозионных повреждений, а также соотношение для оценок коэффициентов запасов по периодичности контроля трещиноопасных элементов, которые позволяют получить уточненные оценки остаточного ресурса и периодичность их контроля;

- соотношение для оценок коэффициентов запасов по периодичности контроля трещиноопасных элементов;

- методика прогнозирования коррозионного состояния проектируемых самолетов, позволяющая осуществлять превентивные мероприятия по поддержанию летной годности вводимых в эксплуатацию воздушных судов.

1. Авиационные Правила. Нормы летной годности самолетов транспортной категории / Межгосударственный авиационный комитет. -М.: Авиаиздат, 2009. Ч. 25. - 266 с.

2. Авиационные Правила. Процедуры сертификации авиационной техники / Межгосударственный авиационный комитет. М.: Авиаиздат,, 1999. -Ч; 25.-36 с.

3. Акопян К.Э., Бутушин C.B., Гришин А.Н., Лапаев A.B., Семин A.B., Шапкин B.C. Теория и практика оценки коррозионных повреждений элементов конструкции планера воздушных судов. -М.: НЦПЛГ ВС, 2010.-С.-288

4. Акопян К.Э., Бутушин C.B., Семин A.B. Анализ-данных о коррозионном состоянии самолетов типа Ту-154, базирующихся в различных региональных управлениях. //Научный вестник МГТУ ГА № 119 серия Аэромеханика и прочность.-М: МГТУ ГА, 2007. С. 41-49.

5. Анцелович Л.Л. Надежность, безопасность и живучесть самолета. -М., Машиностроение, 1985. 295 с.

6. Арепьев А.Н., Громов М.С., Шапкин B.C. Вопросы эксплуатационной живучести авиаконструкций.- М.: Воздушный транспорт, 2002,424 с.

7. Баранов A.A., Семин A.B. Некоторые подходы к проведению предварительного статистического анализа параметров полета. //Сборник научных трудов ГосНИИ ГА №.297.-М.: ГосНИИ ГА, 1991.-С. 37-41.

8. Ю.Барзилович Е.Ю., Воскобоев В.Ф. Эксплуатация авиационных систем по состоянию: Элементы теории. М., Транспорт, 1981. - 197 с.

9. П.Басов В.Н. Исследование усталостной долговечности заклепочных соединений, моделирующего регулярную зону нижней панели крыла изд. «204». Отчет № 3977, ЦАГИ, НИО-18, 1986.

10. Басов В.Н. Исследование сопротивления усталости заклепочного соединения, моделирующего регулярную зону нижней панели крыла изд. «204». Отчет № 4286, ЦАГИ, НИО-18, 1986.

11. Басов В.Н., Панков A.B. Исследование сопротивления усталости и напряженного состояния болтового соединения при нагружении, характерном для нижней поверхности крыла изд.»96300». Отчет № 1092, ЦАГИ, НИО-18, 1990.

12. Н.Бойцов Б.В. Прогнозирование долговечности напряженных конструкций. Комплексное исследование шасси самолета. М.: Машиностроение, 1985, 232 с.

13. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М., Машиностроение, 1984, 312 с.

14. Болотин В.В. Применение методов теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. М., Стройиздат, 1971. - 285 с.

15. Болотин В.В. О безопасных размерах трещин при случайном нагружении. Известия .АН СССР, Механика твердого тела, 1980, № I, с.124-130.

16. Бутушин C.B. Гришин А.Н., Семин A.B. Потенциал ресурса самолетов Ту-154. //Научный вестник МГТУ ГА №153 -М: МГТУ ГА, 2010. С. 29-36.

17. Бутушин C.B. , Семин A.B., Обработка и анализ данных условий эксплуатационной нагруженности самолетов Ту-154. //Научный вестник МГТУ ГА №153 -М: МГТУ ГА, 2010. С. 24-28.

18. Бутушин C.B., Семин A.B. Потенциал ресурса "длительно эксплуатируемых" пассажирских самолетов "Туполев" Сборник научных трудов ГосНИИ ГА. №311 -М: ГосНИИ ГА, 2010. С. 163-167.

19. Бутушин C.B., Семин' A.B. Целостность элементов конструкции планера при длительной эксплуатации воздушных судов. //Научный вестник МГТУ ГА №141-М: МГТУ ГА, 2009. С. 30-37.

20. Буту шин C.B., Семин A.B. Фейгенбаум Ю.М. Оценка вероятности развития усталостного повреждения в элементах конструкции планера воздушного судна, имеющего производственные дефекты. //Научный вестник МГТУ ГА №163 -М: МГТУ ГА, 2011. С. 103109.

21. Бутушин C.B., Семин A.B., Шапкин B.C., Шупляков В.В. Экспериментальная оценка влияния длительности эксплуатации самолетов Ту-154Б,М на усталостную долговечность типового клепанного соединения "обшивка-стрингер" фюзеляжа. //Научный вестник МГТУ

22. ГА №73(2) серия Аэромеханика, прочность, поддержание летной годности.-М: МГТУ ГА, 2004. С. 10-16.

23. Васильев В.Ю., Галаган Г.Е., Семин A.B., Шапкин B.C. Исследование разрушения стыковочных болтов. //Научный вестник МГТУ ГА №119 серия Аэромеханика и прочность.-М: МГТУ ГА, 2007. С. 5056.

24. Викторов В.В., Злочевский А.Б., Махутов H.A., Мельничук П.П. Рост поверхностных трещин при регулярном и случайном процессах нагружения // Известия АН СССР. Механика твердого тела. 1985. N 6. С. 175-182.

25. Воздушный кодекс Российской Федерации. М.: Бэсттек-Авиа, 2007. - 86 с.

26. Воробьев А.З., Басов В.Н., Свирский Ю.А. Ушаков И.Е., Кулына

27. В.И. Применение типовых программ для экспериментальной оценки долговечности при нестационарном циклическом нагружении // Проблемы прочности. 1981. № 12. С. 32-35.

28. Герцбах И.Б. Модели профилактики.-М. ,Сов.радио, 1969.- 214с.

29. Герцбах И.Б., Кордонский Х.Б. Модели отказов. М., Сов. радио, 1966. - 167 с.

30. ГОСТ 25.101-83. Расчет и испытания на прочность. М., изд-во Стандартов, 1983, 26с.

31. ГОСТ 25507-85 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении: методы испытания на усталость при эксплуатационных режимах нагружения.- М., изд-во Стандартов, 1983, 27 с.

32. Гусев A.C., Светлицкий В.А. Расчет конструкций при случайных воздействиях.-М. Машиностроение, 1984.-240с.

33. Гришин А.Н., Диогенов C.B., Самойлов И.А., Семин A.B., Фейген-баум Ю.М., Халенков М.А. Самолеты семейства Ту-204 на рынке авиационных перевозок. Основные проблемы и перспективы ихэксплуатации. //Научный вестник МГТУ ГА №163 -М: МГТУ ГА, 2011.-С. 30-40.

34. Дондуков А.Н., Дмитриев В.Д., Рязанов А.Д. и др. Эскизное проектирование самолетов Як-42М и 51к-242.-М.: Машиностроение-Полет, 2000- 112с.

35. Караев К.А., Семин A.B., Волков A.A., Фейгенбаум Ю.М. Исследование влияния работы АБСУ на нагруженность оперения самолетов типа Ту-154. .//Сборник научных трудов ГосНИИ ГА №.297.-М.: ГосНИИГА, 1991.-С. 27-36.

36. Кирпичев И.Г., Кулешов A.A., Шапкин B.C. Основы стратегии формирования конкурентных преимуществ российской авиационной техники на современном этапе. М.: Воздушный транспорт, 2007. -336 с

37. Когаев В.П., Бойцов Б.В., Петухов IO.B. Влияние перегрузок на скорость развития усталостных трещин// Проблемы прочности. 1986. № 3. с. 3-7.

38. Когаев В.П., Лебединский С.Г. Развитие усталостных трещин в области влияния перегрузки// Проблемы прочности. 1985. № U.c. 3541.

39. Когаев В.П., Махутов H.A., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность. М.: Машиностроение, 1985.224 с.

40. Лебединский С.Г. Вероятностная модель развития усталостных■ 144трещин и оценка живучести элементов машин// Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М;: Ин-т машиноведения им. А.Л.Благонравова АЫ СССР, 1987. 230 с.

41. Метелкин E.C., Ковалевский;С.А. Анализ и обобщение документирования технического состояния самолетов Ил-76Т, ТД;, Научный Вестник МГТУ ГА, № 53, МГТУ ГА, 2002, с.35-42.

42. Методика определения ресурса планера самолета на стадии эксплуатации; Проект выпуска 8:книги 4 PДК. Жуковский: 1ДАГИ. 1976.

43. Методы определения соответствия к Авиационным Правилам AI1-25.571. Обеспечение безопасности конструкции- по условиям прочности при длительной эксплуатации, МАК, : Авиационный Регистр. М.: Авиаиздат, 2009. - 28 с.

44. Надежность и живучесть самолетных конструкций. Обзор. Составит.: Г.И.Нестеренко, Г.Л.Кожевникова. М., ЦАГИ, ОНТИ, 1976; M 465.-70 с. . •

45. Никонов В.В; Разработка методики оценки надежности авиационных: конструкций, поврежденных усталостной трещиной. Дис. •-канд:.техн. наук. М;, 1981. - 185 с.

46. Никонов В.В.,Байков В.М. Программное обеспечение экспериментальных исследований циклической трещиностойкости при нерегулярном нагружении // Информационный листок № 259-87. М.: МГЦ НТИ, 1987. с. 1-3

47. Никонов В.В.,Байков В.М. Численная оценка параметров уравнения роста трещин с учетом зоны пластичности // Информационный листок № 87-3. М.: МГЦ НТИ 1987. с. 1-3

48. Никонов В.В.,Стреляев B.C. Расчетно экспериментальная оценка циклической трещиностойкости при эксплуатационных режимах на-гружения. М.: Машиностроение 1991 68 с.

49. Никонов В.в. Шапкин B.C. Влияние положительной перегрузки на кинетику развития усталостной тещины. // Прочность элементов авиационных конструкций: Межвуз.научн.сборник — Уфа УАИ, 1987.-С.62-67.

50. Орлова Т.И., Цымбалюк В.И. Разработка методики формирования блочной программы квазислучайного нагружения для ресурсных испытаний конструкции планера самолета // Труды ЦАГИ. 2009. Вып. 2683. С. 47-62.

51. Руководство по организации сбора, обработки и использования полетной информации в авиапредприятиях гражданской авиации Российской федерации. Государственная служба Гражданской авиации. М.: Воздушный транспорт, 2001. — 79 с.

52. Сакач Р.В., Мартынов Ю.А. Эксплуатационная живучесть и надежность конструкций гражданских самолетов. Труды Гос НИИГА, 1972, ВЫП. 81. 143 с.

53. Семин A.B., Филиппов В.П., Якобсон И.В. Исследование взаимозависимостей параметров типового полета методом статистического моделирования.//Сборник научных трудов ГосНИИ ГА №.271.-М.: ГосНИИГА, 1988.-С. 35-41.

54. Смирнов H.H., Ицкович A.A. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. М., Транспорт, 1980. - 229 с.

55. Стреляев В.С.,Никонов В.В.,Байков В.М. Экспериментальное исследование циклической трещиностойкости при случайном нагру-жении на установках с управляющими ЭВМ // Заводская лаборатория.- 1987.-№ 12.- с.62-67

56. Стреляев B.C., Никонов В.В., Уриновский Б.Д. Методические основы обеспечения работоспособности конструкций с допустимыми усталостными повреждениями. М., Машиностроение, 1986. - 56 с.

57. Стреляев B.C., Никонов В.В., Шапкин В.С.,Байков В.М. Об одной модели кинетики усталостной трещины при нерегулярном нагруже-нии\\Машиноведение; 1988-№3,- С.16-23.

58. Стрижиус В.Е. Разработка методов уточнения ресурсных характеристик основных силовых элементов конструкции крыла транспортного самолета: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва, 2005.

59. Стрижиус В.Е. Типизированная программа нагружения элементов конструкции крыла регионального транспортного самолета // Научный вестник МГТУ FA. Серия: «Аэромеханика, прочность, поддержание летной годности ВС». 2006. № 103. С. 145-154.

60. Стрижиус В.Е., Шапкин B.C. Методика определения эксплуатационных нагрузок на агрегаты планера и шасси самолета.-М., Воздушный транспорт, 2011,-44 с.

61. Уилер О.Е. Спектр нагрузок и рост трещины// Теоретические основы инженерных расчетов. 1972. № I.e. 200-206.

62. Француз Т.А. Статистический анализ требований к прочности пассажирского самолета при полете его в турбулентной атмосфере //Труды ЦАГИ. 1985. Вып. 2257. С. 3-13.

63. Фролков А.И. Системный подход в науке и технике. М.: Книга и Бизнес, 2007. — 176 с.

64. Цимбалюк В.И. Методы определения переменных нагрузок, влияющих на ресурс самолета. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Жуковский, 1998.

65. Черепанов Г.П., Смольский В.М. К расчету среднего времени доразрушения панели с трещиной от случайной нагрузки. -М., Машиностроение, № 6, 1975, с. 32-35.

66. Broek D., Smith S.H. The prediction of fatigue crack growth under flight-by-flight loading // En./ Fract. Mech. 1984,v.l 1. P.123-141.

67. Callager J.P., Hughes T.F. Influence of yield strength on overload affected fatigue crack growth behavior in 4340 Steel// AFFDL TR - 74 -27,'WPAFB. Ohio, 1974.

68. Crandall G.M., Hillberry B.M. Effect of stress level on fatigue crack delay behavior// Fracture 1977, 4-th*Intern. Conf. on Fracture. 1977, Waterloo, Canada, 1977. v. 2. P. 1009-1015.

69. Davis D. J. An analysis of some failure data/ J. Amer Statist. Assoc., 1952, V.47.N258, p.l 13-150.

70. Epstein В., Sobel M. Life testing-J. Amer Statist. Assoc., 1953, v.48. N 263, p.486-502

71. Yang J.N. Statistical estimation of economic life for aircraft structures.-J. Aircraft, 1980, v.17, N 7 p. 528-535.

72. FAA orders B-747 inspections. "Interavia air Left.", 1986, N 10932.

73. Fatigue crack growth under spectrum loads//ASTM STP 595. Amer.Soc. for Test.Mater.,1976, P/339-351.

74. Fower K.R. and Watanabe R.T. Development of jet transport airframetest spectra. This paper was presented at the symposium on development of fatigue loading spectra held in Cincinnati, Ohio, April 29, 1987.

75. Goranson Ulf.G. Damage Tolerance Theory and Practice. Moscow Aeronautical University. September 8, 1997. Moscow, Russia.

76. Hook F.N. A new look at structural reliability and risk theory. AIAA J., v. 17. N 9. p.980-987.

77. Hsu T., Lassiter L. Effects of compressive overloads on fatigue crack growth//AIAA Paper N 74-365. 1974. P. 1-7.

78. Koterazawa R., Mori M., Matsui T., Shimo D. // Trans. Amer. Soc. of Mech. Eng. ASME. Ser.ll, 1973, v.95. P.202

79. Matsuoka S., Tanaka K., Kawahara M. The retardation phenomenon of fatigue crack growth in HT80 Steel// Eng. Fracture Mech. 1976. v. 8. P. 507-523.

80. Matsuoka S., Tanaka K. Delayed retardation phenomenon of fatigue crack growth resulting from a single application of overload// Eng. Fracture Mech. 1978. v. 10 P. 515-525.

81. Mingda G., Yongkui Z., Minggao Y. An evaluation of overload models on the retardation behavior in a Ti-6AL-4V alloy//Fatigue of Eng.Mat. and Struct. 1982. v. 5. N 2. P. 167-176.

82. Mills W.J., Hertzberg R.W. The effect of sheet thickness of fatigue crack retardation in 2024-T3 Aluminium Alloy//Eng. Fract. Mech. 1975. v. 7. P. 705-711.

83. Newman J.C. A crack-closure model for predicting fatigue crack growth under aircraft spectrum loading//Meth. and Mod. for Predict. Fatigue Crack Growth under Rand. Loading. ASTM STP 748. American Society for Testing and Materials. 1981. P. 53-84.

84. Powell P.M., Forsyth P.J.E., Williams;T.R.G^ The effect of overloading on fatigue crack propagation in two aluminium alloys and an auste-nitic stainless steel// Advances in Fracture Research. 5th Intern. Conf. On

85. Fracture. Cannes 1981. Proc. of ICF5, 1982. v. 4.P. 1781-1788.106: Robin C., Louah Mi, Pluvinage G. Influence of an overload on the fatigue crack growth in steels// Fatigue of Eng. Mat. and Struct. 1983. v. 6. . N3. P. i-i3. ' ' '

86. Schijve J. Four Lectures on fatigue crack growth // Eng. Fract. Mech. 1979. V.ll P. 167-221.

87. Schijve J., Vlutters A.M., Ichsan and J.C. Provo Kluit. Crack growth in aluminium alloy sheet material under flight-simulation loading // Int. Journ. Fatigue. 1985. V. 7. N 3. P. 127-136,

88. Spencer Max. M. The Boeing 747 fatigue integrity program. In: "Advanced approaches to fatigue evaluation. Sixth ICAF symposium held of Miami Beach, Florida; May 13-14,1971. NASA SP-309, 1972.

89. Stephens R.I., Chen D.K., Horn B.W. In Fatigue Crack Growth Under Spectrum Loads// ASTM STP 595. American Society for Testing and Materials, 1976. P. 113.

90. Tanakaju Keiro, Ando Zenji, Nagae Koshi/ Effectof sheet thickness on fatigue crack retardation and crack closure in low carbon steel// Trans. Jap. Soc. Mech. Eng., 1986. A52. N 474.P.284-290/

91. Tanaka K., Matsuoka S., Schmidt V., Kuna M. Influence of specimen geometry on delayed retardation phenomena of fatigue crack growth in HT80 steel and A5083 aluminium alloy// Journ. Adv. in Fracture Res. 1982. v. 4. P. 1789-1798.

92. Vecchio R.S., Hertzberg R.W., Jaccard R. Overload induced crack growth rate attenuation behavior in aluminium alloys// Journ. Scr. Metallurg. 1983. V. 17. P. 343346.

93. Von Euw E.F.J., Hertzberg R.W., Roberts. In stress Analysis and Growth of Cracks// ASTM STP 513. American Society for Testing and Materials, 1972. P. 230 242.

94. Yang J.N. Statistical estimation of economic life for aircraft structures.- J. Aircraft, 1980, v. 17, N 7 p. 528-535.

95. Yang-Bing-Xian. A crack growth model under spectrum load-ing//JCAS Proc., 13-th Congr.Int.CouncAeron.SCJ/AJAA Aircraft Syst.and Technol.Conf., 1982, v.2,N l,P.837-843.

96. Yang J.N., Trapp W.J. Inspection frequency optimization for aircraft structureses based on reliability analysis.-Journal of aircraft, 1975, v. 12, N 5 p.494-496.

97. Yang J.N., Trapp W.J. Reliability analysis of structures under random loading and periodic inspection.- AIAA Journal, 1974, v. 12, N 12, p. 1623-1630.

98. Yang J.N., Trapp W.J. Reliability analysis of structures under random loading and periodic inspection.- AIAA Journal, 1974, v. 12, N 12, p. 1623-1630.

99. Yasufumi I., Tomokazu M. Fatigue crack growth retardation due to compressive overloads // Hmxoh KHKaii raKaii poM6yHcio. Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. 1986. A52. N 481. P. 2134-2138.

100. Yoshimichi K, Hiroshi M., Shotaro K. Fatigue crack propagation behavior in 2024-T3 aluminium alloys under simplified flight-simulation loading // Hmxoh KHKaii raKKafi poM6yHcio/ Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. 1986. A52. N 481, P. 2143-2148.