Формирование программы поддержания целостности конструкции воздушных судов по условиям прочности

УДК 629.7.017.1

ФОРМИРОВАНИЕ ПРОГРАММЫ ПОДДЕРЖАНИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ ПО УСЛОВИЯМ ПРОЧНОСТИ

П.А. УШАКОВ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Ицковичем А.А.

В статье рассматривается проблема научно-методического обеспечения формирования программ сохранения целостности конструкции планера воздушных судов на стадии эксплуатации с учетом рекомендаций ИКАО.

Ключевые слова: целостность конструкции, летная годность, прочность ВС.

Проблематика поддержания летной годности воздушных судов (ВС) при длительной эксплуатации в последние годы стоит в центре внимания международных авиационных организаций и государственных органов. При этом целостность конструкции планера является важнейшим фактором, оказывающим заметное влияние на летную годность ВС.

Целостность конструкции планера ВС означает его способность противостоять усталостным и коррозионным повреждениям. Она обеспечивается на стадии создания ВС и затем сохраняется на стадии эксплуатации.

В Приложении 8 ИКАО «Летная годность ВС» сказано, что государство разработчика ВС обеспечивает наличие программы сохранения целостности его конструкции для обеспечения летной годности.

Инициатором разработки программы целостности конструкции выступает организация, ответственная за типовую конструкцию ВС. Разработка программы проводится совместно с представителями эксплуатантов и полномочных органов в области летной годности. При этом полномочный орган определяет, в каком объеме содержание программы является обязательным для исполнения. В отечественной практике в таком явном виде документа нет, хотя некоторые вопросы решаются в соответствии с АП 25.571 и методами определения соответствия (МОС нормативным требованиям АП 25.571), в которых содержатся требования по обеспечению безопасности полетов по условиям прочности при длительной эксплуатации на основе принципов допустимости повреждения, безопасного повреждения и безопасного ресурса. Но все же в связи с рекомендациями ИКАО [1; 2] возникает потребность в разработке научно-методического обеспечения формирования программ сохранения целостности конструкции ВС. Анализ целостности конструкции [4] должен подтверждаться результатами испытаний и эксплуатации с оценкой эксплуатационных спектров нагрузок и их распределения в конструкции, свойств материалов. Программа сохранения целостности конструкции ВС в соответствии с рекомендациями ИКАО, содержащимися в «Руководстве по летной годности», должна как минимум включать:

• дополнительные проверки и осмотры;

• меры предупреждения и контроля уровня коррозии;

• модификации конструкции планера и связанные с ними проверки и осмотры;

• оценку ремонтов.

При анализе безопасности конструкции по условиям прочности различают [3]:

а) основную силовую конструкцию - конструкцию, воспринимающую полетные и наземные нагрузки, а также нагрузки от избыточного давления;

б) основные силовые элементы - элементы основной силовой конструкции, которые воспринимают значительную часть нагрузок и чья целостность существенна для сохранения общей целостности конструкции самолета;

в) особо ответственные конструктивные элементы, находящиеся в условиях однопутного нагружения - основные элементы конструкции, единичный отказ (разрушение, повреждение) которых приводит к аварийной или катастрофической ситуации;

г) критические места конструкции - детали, элементы, зоны, локальные места конструкции, долговечность и эксплуатационная живучесть которых определяют уровень безопасности по условиям прочности конструкции в целом.

Перечень критических мест конструкции ВС разрабатывается (прогнозируется) на этапе проектирования и уточняется по результатам испытаний и опыта эксплуатации. При отборе составных частей и элементов конструкции для включения их в перечень критических мест используются следующие основные критерии: условия нагружения; последствия трещинообразо-вания; возможность проведения осмотра; возможность повреждений в нескольких местах; конструкционная избыточность; возможность возникновения коррозии.

В теории, конструкцию ВС можно сделать безопасной при малом периоде живучести, если проверки производить достаточно часто. Проблематика состоит в том, что частые проверки экономически невыгодны. С другой стороны, очевидно, что конструкцию, которую никогда не подвергают осмотрам и проверкам, нельзя считать безопасной. А для обеспечения безопасности конструкции обнаружение в ней трещин жизненно необходимо.

На рис. 1 [3] изображена в упрощенном виде схема обеспечения безопасности элемента конструкции по условиям прочности самолета. Позициями 1 и 2 отмечены процессы восстановления прочности элемента конструкции при его ремонте; позициями 1а и 2а отмечены моменты осмотров перед проведением ремонта; позициями 3, 4 - моменты осмотров при техническом обслуживании самолета.

Рис. 1. Схема поддержания прочности конструкции в эксплуатации

Программа осмотров должна определять частоту проведения осмотров, условия их проведения и средства контроля. Периодичность осмотров силовых элементов конструкции должна определяться на основе оценки времени роста повреждения от минимального, но надежно обнаруживаемого размера до предельного. Необходим также инструментальный контроль - ча-

стоту осмотра, подстроить таким образом, чтобы она была приемлема для системы технического обслуживания и ремонта самолета.

Программа дополнительных проверок и осмотров должна включать:

1) описание данной составной части или элемента и прилегающей конструкции (способ обеспечения доступа также должен быть приведен);

2) вид рассматриваемого повреждения (например, усталость, износ, коррозия);

3) любой опыт эксплуатации и эксплуатационные бюллетени, относящиеся к рассматриваемому вопросу;

4) вероятное место (места) повреждения;

5) рекомендуемые метод и технология контроля и альтернативы им;

6) минимальный размер повреждения, считающийся обнаруживаемым при данном методе контроля;

7) указания эксплуатанту относительно того, какие результаты проверок и осмотров должны доводиться до организации, ответственной за типовую конструкцию;

8) рекомендуемый срок начала проведения контроля;

9) рекомендуемая периодичность повторного контроля.

Сама программа должна содержать рекомендации по определению степени коррозии, способы контроля и восстановления защитных покрытий, а также регистрацию отчетности по результатам контроля.

В Руководстве по летной годности ВС [2] указан простой и надежный способ определения уровня (степени) коррозии, например:

Уровень 1. Коррозионное повреждение, возникающее в период между последовательными проверками, которое:

• имеет местный характер и может быть устранено в рамках ограничений, предусмотренных руководством по ремонту конструкции;

• может быть связано с событием, не типичным для практики использования эксплуатантом других ВС того же парка (например, пролив ртути);

• было зачищено несколько раз и по результатам последней проверки теперь выходит за допустимые ограничения, требуя ремонта или частичной замены основного силового элемента конструкции.

Уровень 2. Коррозионное повреждение, возникающее в период между последовательными проверками, которое требует работ по его устранению, выходящих за рамки ограничений, предусмотренных руководством по ремонту конструкции; либо требует ремонта или частичной замены основного силового элемента конструкции, но непосредственно не угрожает летной годности.

Уровень 3. Коррозионное повреждение, представляющее непосредственную угрозу летной годности и требующее принятия срочных мер.

При обнаружении коррозии уровня 3 следует рассмотреть действия, которые необходимо предпринять в отношении других ВС эксплуатанта данного парка. Государство регистрации должно обеспечить срочную передачу государству разработчика подробных сведений об очагах коррозии и предложенных действиях.

Следует отметить, что в отношении коррозии пока не разработаны аналитические расчетные методы [5] установления сроков начала и периодичности выполнения проверок, поэтому необходимо руководствоваться результатами анализа общемирового опыта эксплуатации.

Выводы:

1. Целостность конструкции планера должна обеспечиваться на стадии создания ВС и далее сохраняться (поддерживаться) на стадии эксплуатации.

2. Решение задач сохранения целостности конструкции планера конкретного типа ВС должно осуществляться на основе специально разработанной программы.

3. Осмотры, проверки, замены элементов, описанные в такой программе, являются дополнительными к исходной программе ТОиР ВС эксплуатанта.

4. Инициатором разработки программы сохранения целостности конструкции выступает организация, ответственная за типовую конструкцию ВС, а её разработка проводится совместно с представителями эксплуатантов и полномочных органов в области лётной годности.

5. Для успешной работы над формированием таких программ требуется соответствующее научно-методическое и информационное обеспечение, разработанное по рекомендациям ИКАО применительно к отечественной практике создания ВС и условиям их эксплуатации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Летная годность ВС: Приложение 8 к Конвенции о международной гражданской авиации. ИКАО, 2001.

2. Руководство по летной годности Doc. 9760. ICAO, 2001. - Т. 1, 2.

3. Арепьев А.Н., Громов М.С., Шапкин В.С. Введение в теорию эксплуатационной живучести авиаконструкций. - М.: ГосНИИ Г А, 2000.

4. Ицкович А.А. Тезисы доклада по теме " Методическое обеспечение построения программ сохранения целостности конструкции самолетов ГА" на МНТК. - М.: МАИ, 2006.

5. Смирнов Н.П. Формирование программы сохранения целостности конструкции планера ВС по условиям прочности // Научный Вестник МГТУ ГА. -2008. - № 127.

CONTINUED AIRWORTHINESS PROGRAMM DEVELOPMENT IN AIRFRAME STRUCTURE FATIQUE RESISTENSE CONDITION REQUAERMENTS

Ushakov P.A.

The article is devoted to aircraft continued airworthiness program development in connection with airframe fatigue condition requirement issue in operation in order to ICAO recommendations.

Key words: design integrity, airworthiness, airframe fatigue resistance.

Сведения об авторе

Ушаков Павел Александрович, 1988 г.р., окончил МГТУ ГА (2010), аспирант МГТУ ГА, область научных интересов - поддержание летной годности, сохранение целостности конструкций воздушных судов.