автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Влияние электромеханического воздействия молнии на безопасность полетов воздушных судов

/

Камзолов Александр Сергеевич

УДК 629.735.33.551

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МОЛНИИ ИЛ БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ

05.22.14 - Эксплуатация воздушного транспорта

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1998

Диссертация выполнена в Московском государственном техническом университете гражданской авиации

Научный руководитель - доктор технических наук

профессор Бородин Николай Алексеевич

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук

профессор Ципенко Владимир Григорьевич

- кандидат технических наук Васин Игорь Сергеевич

Ведущая организация - Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации

Защита состоится «' (й июня 1998 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д.072.05.01 при Московском государственном техническом университете гражданской авиации (128838 Москва, Кронштадтский бульвар, 20).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА.

Автореферат разослан «/•<?» мая 1998 г.

И.о. ученого секретаря диссертационного совета

Чинючин Ю.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Проблема неблагоприятных метеоусловий и, в частности, взаимодействия воздушных судов (ВС) с атмосферным электричеством, является одной из важнейших проблем обеспечения безопасности и регулярности полетов в гражданской авиации (ГА). По данным ИКАО около 11% авиационных происшествий, связанных с неблагоприятными метеоусловиями, обусловлены поражением ВС молнией.

Частота поражения самолетов молнией достаточно высока. Например, в Европе (без стран СНГ и Прибалтики) каждый гражданский самолет, в среднем, через 2-2,5 тысячи часов налета поражается молнией. Отечественная статистика дает частоту поражения самолетов ГА существенно меньшую. Причин тому несколько, начиная с более жестких запретов на полеты в зонах интенсивной электрической активности атмосферы и заканчивая нежеланием экипажей докладывать о поражении ВС разрядами, если это не зафиксировано объективными методами контроля.

Основными факторами поражения молнией конструкции ВС являются её электротермическое и электромеханическое воздействие. Электротермическое воздействие сильноточных электрических разрядов, в том числе, молний на проводящие элементы конструкции достаточно активно исследуется применительно не только к авиационной техлике. Что же касается электромеханического воздействия, то исследование его механизма не проведено с достаточной глубиной. Вместе с тем, статистика авиационных происшествий указывает, что последствия «работы» этого механизма могут быть существенными: имеются случаи образования вмятин на обшивке, вплоть до разрывов, деформаций силовых элементов, консольных элементов конструкции (известны случаи загиба лопасти винта двигателя самолета Ан-24), обрыва элементов крепления обшивки и т.п.. Такого рода повреждения могут быть предпосылками серьезных авиационных происшествий, и

задача обеспечения безопасности полетов требует детального исследования механизмов электромеханического воздействия молнии на элементы конструкции ВС.

Создание конструкции ВС, стойкого к электромеханическому воздействию молнии, и обеспечение безопасности полетов в условиях такого воздействия требует, в первую очередь, изучение физических процессов, протекающих в зоне контакта электрического разряда с элементами конструкции, разработку расчетных моделей, а затем - определение допустимых параметров как элементов конструкции, так и тока молнии.

Тематика диссертационной работы, посвященной поиску возможных путей решения указанных задач, предопределила актуальность проведенных исследований.

Целью работы является анализ механизмов электромеханического воздействия молнии на проводящие наружные элементы конструкции воздушных судов и разработка методов обеспечения их стойкости к такому воздействию. Работы направлена на повышение безопасности полетов в условиях электрической активности атмосферы.

Поставленная цель достигается путем решения следующих основных задач:

1. Разработки моделей нагружения различных элементов конструкции силами попдеромоторного взаимодействия токов.

2. Разработки статической и динамической моделей расчета полей напряжений в элементах конструкции.

3. Определения алгоритма расчета параметров конструкции и характеристик материалов, обеспечивающих безопасную эксплуатацию ВС в условиях электромеханического воздействия молнии.

4. Определения критериальных зависимостей критических параметров тока молнии, элементов конструкции и состояния их поверхностей.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:

1. Разработана усовершенствованная модель электромеханического воздействия на листовые элементы конструкции, учитывающая динамические эффекты.

2. Учтена радиальная составляющая пондеромоторных сил при рассмотрении модели электромеханического воздействия на листовые элементы конструкции.

3. Проведена оценка вклада термических напряжений в интенсивность напряжения при электромеханическом воздействии молнии.

4. Разработана динамическая модель воздействия молнии на консольные элементы конструкции ВС.

5. Получены критериальные соотношения параметров элементов конструкции ВС и параметров тока молнии.

Практическая значимость работы состоит в том, что использование ее результатов позволяет:

1. Сформулировать сертификационные требования к параметрам наружных элементов конструкции ВС, обеспечивающим стойкость этих элементов к электромеханическому воздействию молнии.

2. Учесть при определении расчетных нагрузок и коэффициентов безопасности элементов конструкции ВС дополнительные нагрузки, связанные с электромеханическим воздействием молнии.

3. Использовать расчетную модель при определения летной годности ВС для полетов в условиях электрической активности атмосферы.

4. Уточнить параметры испытательного электрического разряда, применяемого при сертификационных испытаниях воздушного судна на молниестойкость.

На защиту выносится совокупность научны* положений и результатов, лежащих в основе решения проблемы обеспечения стойкости проводящих элементов конструкции ВС к электромеханическому воздействию молнии, а именно:

1. Теоретическая модель электромеханического воздействия молнии на обшивку ВС, учитывающая его динамический характер.

2. Метод, расчета интенсивности напряжения в обшивке с учетом динамического характера нагружения.

3. Динамическая модель электромеханического воздействия молнии на консольные элементы конструкции ВС.

4. Критериальные зависимости параметров элементов конструкции и параметров тока молнии.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались: на Международной научно-технической конференции «Современные научно-технические проблемы гражданской авиации»' (г. Москва, май 1996 г.), на Второй международной научно-технической конференции «Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники» (г. Егорьевск, июнь 1997 г.), на научных семинарах кафедр технической механики, а также безопасности полетов и жизнедеятельности МГТУГА. Цикл статей по основному содержанию диссертационной работы был представлен на конкурс научных работ аспирантов МГТУГА за 1997 г. и был удостоен первой премии.

Впедрение результатов работы. Основные результаты диссертационной работы внедрены в ГосНИИ ГА, а также в МГТУГА, о чем имеются соответствующие акты.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ, включая 6 статей в журналах и сборниках научных трудов. 2 научные работы опубликованы в соавторстве.

Структура н объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, трех разделов, заключения, приложений и списка литературы. Общий объем работы (без приложений) составляет 122 страницы и включает в себя 33 рисунка и 3 таблицы. Список литературы содержит 91 наименование.

Во введении обосновывается актуальность тематики исследования, формулируется научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приводится краткая характеристика работы.

В первом разделе приводится статистика повреждений конструкции и систем самолетов ГА при поражении молнией. Рассматриваются конкретные примеры повреждений элементов конструкции и соединительных элементов во всем их разнообразии. Приводится классификация основных механизмов повреждения самолета молнией:

• повреждение и разрушение элементов конструкции, а также оборудования и коммуникаций вследствие электротермического воздействия разрядного тока,

• повреждения элементов конструкции в виде остаточных деформаций вследствие электромеханического воздействия молнии, а также рождаемой молнией ударной волны,

• отказы элементов авионики из-за перенапряжений,

• остаточная намагниченность,

• нарушение устойчивости работы двигателей вплоть до помнажа, загорания и отказа.

Решаемая в диссертация задача посвящена исследованию повреждений в виде остаточных деформаций, а именно, повреждений, обусловленных электромеханическим воздействием молнии на наружные проводящие элементы конструкции ВС. Таким воздействием объясняются известные случаи образования остаточной деформации обшивки ВС в виде вмятин и гофров, а также наружных консольных элементов конструкции (загибы, скручивание и т.п.).

Кроме визуально наблюдаемых повреждений не менее опасными могут быть возможные повреждения оборудования и коммуникаций, расположенных непосредственно под обшивкой или рядом с силовыми элементами конструкции, деформируемыми при ударе молнии. Кроме того, опасными могут быть сверхкритические нагрузки в наружных соединительных элементах в момент прихода на них волны механических напряжений, обусловленных пондеромоторным взаимодействием токов.

Перенапряжение в соединительных элементах может проявиться при последующей эксплуатации, поскольку их ослабление трудно диагностируются при послеполетных осмотрах, то есть дефекты могут проявиться впоследствии, спустя определенное время. При этом несвоевременное обнаружение повреждений после поражения ВС молнией может позже откликнуться значительно более серьезными отказами и даже предпосылками авиационных происшествий. Поиск скрытых дефектов и деформаций должен иметь научную основу, которая в первую очередь заключается в знании механизмов повреждения элементов конструкции и оборудования ВС.

Раздел содержит уточненную модель нагружения листовых элементов конструкции силами пондеромоторного взаимодействия тока в канале разряда и токов, растекающихся по проводящим наружным элементам конструкции. Модель учитывает пинчевое давление в канале разряда, действую-

щее в области пятна привязки разряда. Величина нагрузки рассчитывается при допущении осевой симметрии. Распределенные нагрузки формируются в результате действия пондеромоторных сил внутри пластинки, объемная плотность которых определяется плотностью тока / и магнитной индукцией В:

Дг,г) = ](г,2)хВ(г,г).

На рис. 1 представлена зависимость осевой, нормальной поверхности составляющей распределенной нагрузки в зависимости от относительного расстояния до оси канала разряда р = г1г„, где г„ - радиус зоны привязки разряда к поверхности элемента конструкции.

Модель учитывает также ранее не рассматривавшуюся радиальную составляющую электромагнитного давления внутри пластинки под пятном привязки разряда. В приближении равномерного распределения плотности тока в канале разряда и условии, что поворот тока внутри пластинки под пятном разряда происходит под прямым углом на характеристике, радиальная составляющая пондеромоторной нагрузки будет присутствовать лишь в

области над характеристикой (г <га,г 2 г—):

го

I 2п г0

Для расчета напряженного состояния в пластинке представляют интерес величина изгибающего момента Мт, обусловленного неоднородностью плотности пондеромоторных сил по высоте:

72л-2г1

В разделе далее рассмотрены основные характеристики тока молнии, определяющие интенсивность ее воздействия на проводящие элементы конструкции ВС. К таким характеристикам относятся амплитуда тока молнии в

Рис. 2. Вклад термического напряжения в интенсивность напряжения в пластинке для разных материалов.

ее импульсной компоненте, перенесенный разряд, интеграл действия тока, а также длительность импульсной компоненты молнии.

Отечественные и зарубежные нормы летной годности самолетов предусматривают предельные значение указанных характеристик тока молнии: амплитуда импульсной компоненты - 200 кА, длительность - до 0.5 мс, интеграл действия - 2-106 А2с.

Одной из определяющих характеристик взаимодействия молнии с конструкцией ВС является размер га зоны привязки электрического разряда на поверхности элемента конструкции. В разделе разработана динамическая модель расчета радиуса зоны привязки разряда с учетом теплофизических свойств лакокрасочного покрытия.

Показано, что радиус пятна привязки определяется величиной заряда, протекшего к рассматриваемому моменту времени. Поэтому стандартный испытательный электрический разряд должен нормировать не только передний фронт, амплитуду и интеграл действия импульсной компоненты тока, но и динамику протекающего заряда, а следовательно, полную форму импульса разрядного тока.

Полученные в первом разделе функции распределенной нагрузки позволяют рассчитать изгибающие моменты, а затем напряжения в пластинке.

Во втором разделе разработана статическая модель для расчета изгибающих моментов в обшивке ВС при воздействии молнии, а также возникающих при этом полей напряжения. С учетом динамической поправки на импульсных характер тока молнии полученные расчетные соотношения позволяют определить максимально допустимые значения амплитуды импульсной составляющей тока молнии, при которых исключаются остаточные деформации обшивки.

Выражения для составляющих изгибающего момента будут различны для областей р-г 1га < 1 и р-г1г0>\. Под пятном привязки разряда:

М, = М0 ■ (о + М)К,0-)-1(3 + М)рг + ±(5 + м)р4^,

у = И/г„ - относительный радиус пластинки, а зависящий от него параметр

1 4 8 24/ 32 Вне зоны привязки разряда:

Интенсивность напряжений достигает максимальных значений в центре и на краях пластинки:

1) в центре пластинки

М,{0) = М„(0) = (\ + ») М»К,(г) ,

2) на краях пластинки

мг(К)=~макг(г), л/ДЙ)=//-Мг(К) = -^.М0А:2(г),

„ , _ 1пу 1 1

где = — +-- + -.

2 2 12у 8

Радиальная и угловая составляющие нормального напряжения макси/ Л,

мальны на поверхностях пластинки (г==±~):

/,) Ш, ( ИЛ Ш,

Используя теорию октаэдрических напряжений, можно определить интенсивность напряжения и, сравнивая ее с пределом текучести, определить условия образования остаточных деформаций обшивки (вмятины): о, = ^/сг,2 -агав -но^ 2<тг .

Интенсивность напряжения максимальна в середине пластинки, на ее поверхности (г=0):

4л А

При этом на наружной поверхности пластинки (г=А/2) будем наблюдать сжатие, на внутренней ( г = - А/2 ) - растяжение материала пластинки.

Интенсивность напряжения в периферийных частях пластинки:

4л А к

В интервале значений относительного размера пластинки у = 50 150 для обшивки из алюминиевых сплавов (// = 0,3) интенсивность напряжений на краях в 3-4 раза ниже, чем в середине пластинки. Следовательно, наступления пластической деформации при ударе молнии следует ожидать раньше всего непосредственно вблизи пятна привязки разряда. Опыт эксплуатации воздушных судов в зонах электрической активности атмосферы, а также лабораторные испытания образцов обшивки воспроизводящими молнию электрическими разрядами подтверждают данный результат.

Таким образом, оценка стойкости листовых элементов конструкции в электромеханическому воздействию молнии и расчет необходимых параметров конструкции необходимо проводить, исходя из ограничения интенсивности напряжения вблизи пятна привязки разряда. Расчет нагрузок на периферии пластинки, в зоне ее крепления к силовым элементам важен для определения стойкости к срезу и смятию элементов крепления обшивки (заклепок, винтов и т.п.) при ударе молнии.

Значение предельной амплитуды тока молнии, начиная с которого образуется вмятина на обшивке, может быть определено выражением

[/„Ил-А.

|(3Л(1 + »)■ К,(г) '

Используя полученное расчетное выражение, для обшивки из материала Д16АТ (стг =285 МПа)толщиной 1.5 мм в диапазоне у-50+ 150 можно получить, что допустимое значение амплитуды тока молнии [/„] лежит в

пределах 60 - 75 кА. Этот результат согласуется с экспериментом, а также данными расследования авиационных происшествий, связанных с поражением ВС молниями.

С другой стороны, можно определить параметры конструкции, стойкие к воздействию, например, максимального нормированного молниевого импульса. При ударе молнии с амплитудой тока 200 кА вмятина будет отсутствовать на обшивке толщиной 4 - 5 мм. Однако встреча самолета с такой молнией крайне маловероятна.

В разделе рассмотрен вклад термических напряжений в интенсивность напряжений по сравнению с изгибными. В результате расчета определен относительный вклад температурных напряжений в интенсивность напряжения в виде отношения температурного напряжения к интенсивности изгибных напряжений:

г а, 3(81п у + 4\пу + 5) где А - безразмерный параметр, содержащий радиус пластинки R, характеристики ее материала (модуль Юнга Е, коэффициент Пуассона ц коэффициент линейного расширения а, удельная теплоемкость с, плотность рс, удельное сопротивление р^) и длительность разряда t„:

А= JOfK--,

(1 + ft)pMcMoR2

Из рис.2 можно видеть, что термическими напряжениями для конструкции из алюминиевых сплавов можно пренебречь. Для титана и его сплавов вклад термических напряжений может составлять 10-15%, что необходимо учитывать при расчете титановых элементов конструкций, в том числе обшивки, в молниеопасных зонах ВС.

В разделе описана разработанная автором квазидинамическая модель развития напряжений в листовых элементах конструкции ВС, учитывающая импульсный характер тока молнии:

/(0 = /„--<Г\

где /0 - амплитуда тока в разрядном импульсе, /0 - продолжительность импульса, равная времени от начала импульса до спадания тока до значения 0,01 /,, а =7.64 - константа аппроксимации.

В модели используется принцип подвижных граничных условий на жесткой пластинке, основанный на конечной скорости формирования эпюры деформаций:

Г=Г о

ф-(ат + \У

аI. «

где у„ = — , т = — , а - скорость акустической волны.

Г9т 'в

На рис.3 и рис.4 приведены результаты расчета, которые позволяют определить допустимые значения амплитуды тока молнии для разных толщин обшивки. Данные расчета согласуются с лабораторными испытаниями образцов обшивки при воздействии молниеподобного разряда.

В рамках разработанной модели определена зависимость критического значения числа Ка

Ка У ¡К,

Л \сгг

характеризующего стойкость листового элемента конструкции к электромеханическому воздействию молнии, от относительного радиуса пластинки

А я

Ка„ = -

л/мГГ^ЬМг)'

• На рис.5 представлена зависимость критического значения числа Ка от относительного радиуса круглого листового элемента конструкции. Область ниже критической кривой - область, допустимых параметров. Здесь отсутствуют остаточные деформации вмятины на обшивке. Область выше

Рис. 3. Зависимость интенсивности напряжения в зоне пятна привязки разряда от времени при разных амплитудах тока молнии.

Рис. 4. Зависимость амплитуд интенсивностей напряжения от амплитуды тока молнии для разных толщин обшивки.

критической кривой является опасной, в ней образуются остаточные деформации, то есть либо амплитуда тока молнии превышает критическое значение, либо толщина обшивки недостаточна, либо материал недостаточно прочен.

Полученный результат имеет практическое применение как на стадии проектирования ВС, так и в процессе его эксплуатации. Исходя из размера элемента обшивки или другого листового элемента конструкции, можно определить критические значения числа Ка. Далее, задаваясь уровнем безопасности по электромеханическому воздействию молнии, можно получить предельное значение амплитуды тока /0. А затем из числа Ка, выбрав материал обшивки (то есть величину от), определяется необходимая толщина А.

И наоборот, располагая свойствами материала и параметрами элемента конструкции, по критическому значению числа Ка можно определить критическую амплитуду тока молнии, а по рис.5 - уровень безопасности при эксплуатации данного элемента конструкции в условиях электрической активности атмосферы.

В третьем разделе разработана динамическая модель электромеханического воздействия молнии на консольные стержневые элементы конструкции ВС. Для статически определимых конструкций, к которым относятся консольные балки, можно построить динамическую модель с существенно более высоким уровнем приближения при описании процессов, протекающих в конструкциях при ударе молнии.

Модель учитывает практически мгновенное формирование полей нагрузки и акустическую скорость формирования эгпоры деформаций, а также динамику развития размеров зоны привязки разряда. В условиях кратковременности импульсной компоненты тока молнии (десятки, реже - сотни микросекунд) при высоких значениях скорости изменения тока (до 1011 А/с) в проводящем материале конструкции будет развиваться динамический процесс распространения волн механических напряжений. Для получения

Рис. 5. Зависимость критического значения числа К а от относительного размера пластинки.

Рис. 6. Составляющие относительного изгибающего момента.

картины распространения этих волн будем учитывать, что нагрузки, обусловленные пондеромоторными силами, формируются со скоростью электромагнитных волн, т.е. практически мгновенно по сравнению с акустическими скоростями, с которыми формируется поле деформаций. (Например, для алюминиевых сплавов отношение скоростей составляет 105.)

В данных условиях получено значение линейной плотности распределенной нагрузки на всей длине консольной балки:

Ч(х) = Чс f(z),

где безразмерная координата / = у I гв, а функция нагрузки

- jürccos( х) ^•ji-z'l'-^ z'f, при (-\<Х<0),

Зя"

arceos* ~хф~х2

I-

4

Зтг

zJl ~ X2 + arct8--arctg

X

vT

X

arctg-

1

при (0 < x á 1), при (/>1).

Из конечности скорости формирования эпюры деформаций следует, что, во-первых, в момигг времени / изгибающий момент в сечении у создается нагрузкой д(у") на участках у'< у, находящихся не далее расстояния у - у' = а/ (а - скорость звука в материале балки). Во-вторых, при этом нагрузка ц(у'), создающая момент в сечении у, должна браться в предшествующий момент времени:

у-У

а

Таким образом, изгибающий момент в сечении у в момент времени г

равен:

Щу,1)= jч(У,'')(у-у')-Ф'~ j <//,

У-У

(y-y')-dy'.

С учетом полученных выше выражений для распределенной нагрузки можно определить соответствующие составляющие изгибающего момента в

отношении к некоторому базисному значению:

1

* (X - X')' ыйЦэ — '

'х'(х-х')*

где Р = М„ =

Дополнительно необходимо учесть изгибающий момент от пинчевой составляющей нагрузки:

При расчете интегральных зависимостей были применены квадратурные формулы Ньютона-Котеса замкнутого типа с использованием правила Уэддля. На рис. 6 представлены результаты расчета.

На рис.7 приведен основной результат расчета - кривые распространения волны изгибающего момента, с которыми однозначно связаны напряжения в соответствующем сечении балки. Сравнивая величину напряжения с пределом текучести, можно определить критическое значение изгибающего момента:

Аппроксимируя зависимость амплитудных значений изгибающего момента от относительной длины консольной части балки Л = А/г0, можно

РКР Т2

ЗуИоЛл

2л ■ Ыгга7

Рис. 7. Кривые распространения волны изгибающего момента.

Рис. 8. Зависимость критического значения числа Ка от относительной длины консольной части балки.

получить предельное значение амплшуды тока молнии, которое способна выдержать балка с моментом сопротивления изгибу IV:

['.1=196,

№от

V Мого(Л - 6,78)

Для проектировщиков авиационной техники полезной является расчетная формула для максимально допустимого значения длины Ь консольной части выступающих наружу стержней в молниеопасных зонах ВС:

Поскольку при расчете предельных нагрузок не учитывались касательные нанряжения, то в разделе была определена область применения расчетной модели для консольных стержней при таком допущении. Показано, что для алюминиевых сплавов такая модель применима для стержней и балок толщиной не более 5 см.

Для консольной балки критерий стойкости к электротермическому воздействию молнии имеет вид:

а:« = -£= &

а критическое значение числа Ка определится соотношением:

4

Л'л„ = 2,

На рис.8 представлена зависимость критического значения числа Ка от относительной длины консольной части балки Я при разных значениях относительного момеота сопротивления изгибу Область под соответствующей кривой соответствует безопасным значениям числа Ка, из которых с помощью выражения (3.55) можно определять допустимые значения параметров молнии и (или) характеристик конструкции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Значительная часть авиационных происшествий, связанных с неблагоприятными погодными условиями, обусловлены поражением ВС молнией. Основными факторами поражения молнией конструкции ВС являются ее электротермическое и электромеханическое воздействие.

Статистика авиационных происшествий показывает, что электромеханическое воздействие молнии может быть достаточно опасным: имеются случаи образования вмятин на обшивке, деформации силовых элементов, тяг, загибов лопастей винта двигателя и т.п. Задача обеспечения безопасности полетов требует детального исследования механизмов такого воздействия молнии на элементы конструкции ВС.

С целью исследования механизмов электромеханического воздействия молнии на проводящие наружные элементы конструкции ВС и разработки рекомендаций по обеспечению их стойкости к такому воздействию в диссертации проведен обзор и обобщение известных данных, а также разра-ботапы физические и математические модели электромеханического воздействия молнии на различные элементы конструкции.

1. Проведен анализ состояния проблемы исследования электромеханического воздействия молнии на проводящие элементы конструкции ВС. Рассмотрены основные характеристики тока молнии, определяющие интенсивность ее электромеханического воздействия. Показано, что определяющими параметрами являются амплитуда тока и радиус зоны пятна привязки разряда.

2. Построена уточненная модель нагружения листовых элементов конструкции (например, обшивки ВС) силами пондеромоторного взаимодействия токов, учитывающая радиальную составляющую электромагнитного давления внутри пластинки.

3. Разработана динамическая модель расчета размера зоны привязки сильноточного электрического разряда на поверхности окрашенного элемен-

та конструкции. Показано, что радиус пятна привязки определяется величиной заряда, протекшего к рассматриваемому моменту времени. Поэтому стандартный испытательный электрический разряд должен нормировать не только передний фронт, амплитуду и интеграл действия импульсной компоненты тока, но и динамику протекающего заряда, а следовательно, полную форму импульса разрядного тока.

4. Разработана статическая модель для расчета изгибающих моментов и полей напряжений в обшивке ВС при воздействии молнии. Получены расчетные соотношения для максимально допустимых значений амплитуды тока, при которых исключаются остаточные деформации обшивки, с учетом динамической поправки на импульсный характер тока молнии.

5. Проведена оценка поправки к величине изгибающего момента, связанная с радиальной составляющей пондеромоторных сил. В области максимальных напряжений, т.е. в зоне привязки разряда ее вклад не превышает 1,5 %. Таким образом, в практических расчетах радиальной составляющей нагрузки можно пренебречь.

6. Рассмотрен вклад термической составляющей в интенсивность напряжений в сравнении с изгибными напряжениями. Определено, что термическими напряжениями для конструкций из алюминиевых сплавов можно пренебречь. Для титана и его сплавов вклад термических напряжений может составлять 10-15%.

7. Разработана квазидинамическая модель развития напряжений в листовых элементах конструкции ВС, учитывающая импульсный характер тока молнии. Определен алгоритм расчета уровня безопасности при полетах в условиях возможности электромеханического воздействия молнии на обшивку, а также расчета параметров обшивки, обеспечивающих безопасность полета в таких условиях.

8. Разработана динамическая модель электромеханического воздействия молнии на консольные стержневые элементы конструкции ВС. Получе-

ны расчетные соотношения для определения распределенной нагрузки, изгибающих моментов, а также возникающих при воздействии изгибных напряжений. Определен алгоритм расчета параметров консольных элементов конструкции и характеристик материала, обеспечивающих их безопасную эксплуатацию в условиях электромеханического воздействия молнии.

9. Определена область применения расчетной модели для консольных стержней без учета касательных напряжений. Показано, что для алюминиевых сплавов такая модель применима для стержней и балок толщиной не более 5 см.

10.Получены критериальные соотношения для определения критических параметров как молнии, так и элементов конструкции ВС, при которых сохраняется стойкость последних к электромеханическому воздействию молнии.

Корректность принятых в моделях допущений и приближении, а также достоверность результатов расчетов, получешшх с помощью этих моделей, подтверждены сравнением с данными статистики авиационных происшествий и инцидентов, связанных с поражением ВС молниями, а также результатами лабораторных испытаний образцов элементов конструкции электрическими разрядами, воспроизводящими основные параметры импульсной компоненты тока молнии.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Камзолов С.К., Камзолов A.C. Электромеханическое воздействие молнии на проводящие элементы конструкции летательных аппаратов // Проблемы безопасности полетов.- ВИНИТИ. 1993. Вып. 8. С. 43-49.

2. Камзолов A.C. Модель нагружения обшивки ВС в зоне привязки разряда при электромеханическом воздействии молнии // Тез. докл.

4.

5.

6.

7.

8.

МНТК «Современные научно-технические проблемы гражданской авиации»- М.: 28-29 мая 1996. С. 137-138.

Камзолов A.C. Модель нагружения обшивки при электромеханическом воздействии молнии на воздушное судно // Межвуз. сб. научн. трудов. «Обеспечение безопасности полетов в сложных метеоусловиях». М.: 1996. С. 76-82.

Камзолов A.C., Камзолов С.К. Механическое воздействие молнии на металлические элементы конструкции воздушных судов // Тез. докл. 2й МНТК «Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники»- Егорьевск: 3-5 июня 1997. С. 68-69. Камзолов A.C. Волны механических напряжений в консольных элементах конструкций при воздействии молнии // Тез. докл. 2й МНТК «Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники»- Егорьевск: 3-5 июня 1997. С. 48-49.

Камзолов A.C. Термические напряжения про воздействии молнии на обшивку воздушного судна // Межвуз. сб. научных трудов «Вопросы исследования летной эксплуатации ВС в особых ситуациях», М.: МГТУГА. 1997. С. 133-137.

Камзолов A.C. Электромеханическое воздействие молнии на консольные элементы конструкции воздушных судов // Межвуз. сб. научных трудов «Эксплуатационная прочность и надежность авиационных конструкций», М.: МГТУГА. 1997. С.

Камзолов A.C. Квазидинамическая модель электромеханического воздействия молнии на тонкостенные элементы конструкции ВС. // Межвуз. сб. научных трудов «Совершенствование авиационного оборудования», М.: МГТУГА. 1997. С.

Соискатель: