Анализ конструкции планера воздушного судна с целью определения критических по коррозионному состоянию зон и разработка программы контроля коррозионного состояния Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Секция

«ЭКСПЛУАТАЦИЯ И НАДЕЖНОСТЬ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ»

УДК 629.735.064

Я. Н. Бочериков Научный руководитель - А. В. Кацура Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ ПЛАНЕРА ВОЗДУШНОГО СУДНА С ЦЕЛЬЮ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКИХ ПО КОРРОЗИОННОМУ СОСТОЯНИЮ ЗОН И РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ КОНТРОЛЯ КОРРОЗИОННОГО СОСТОЯНИЯ

Коррозия (от позднелат. согго^'ю - разъедание) авиационных материалов. Материалы, используемые в авиационных конструкциях, подвергаются коррозии вследствие воздействия атмосферы, содержащей агрессивные аэрозоли галоидов, сернистый газ, влагу, а также вследствие накопления агрессивных жидкостей внутри планера летательного аппарата.

В гидросамолетах и других изделиях авиационной техники, которые могут находиться в контакте с водой, коррозия развивается более интенсивно. В условиях тропиков коррозия усиливается под воздействием микроорганизмов, для которых питательной средой являются некоторые виды топлива и органических покрытий. Коррозия развивается преимущественно по электрохимическому механизму. В двигателях и других элементах, подвергаемых нагреванию, усиливается окисление, усугубляемое агрессивными продуктами сгорания.

Специфика авиационных конструкций определяет применение в значительных объемах легких сплавов, среди которых на первом месте находятся алюминиевые сплавы. Наиболее опасные виды коррозии для конструкционных алюминиевых сплавов - расслаивающая коррозия и коррозионное растрескивание (КР). Высокая прочность сплавов свойственна ориентированным структурам, при наличии которых оба названных вида

Коррозия способствуют образованию и развитию трещин и соответствии с этой ориентацией, т. е. с раскрытием их по толщине, в высотном направлении. Расслаивающая коррозия является более распространенным в авиации видом коррозионного поражения. КР выявляется обычно в деталях, изготовленных из толстостенных полуфабрикатов, и лишь в отдельных случаях наблюдается у тонкостенных изделий с рекристаллизованным мало ориентированным зерном (например, в цельнотянутых трубах). В целях предотвращения этих видов используют структурно-регламентированное старение, получившее для ряда сплавов название «смягчающего», поскольку в этом случае оно приводит к снижению механической прочности. Контроль коррозионных свойств проводят измерением электрической проводимости, учитывая корреляцию с распадом твердого раствора и сопротивлением КР.

Сочетание различных типов нагружения и изменения характера коррозионного воздействия на стоянках и в полете может приводить к сопряженным или последовательным коррозионным поражениям разного

вида. Например, у лопастей винтов вертолетов и самолетов первоначально возникшая транс- или меж-кристаллитная коррозия сопровождается последующим развитием усталостных или коррозионно-усталостных трещин. Сопротивление таким видам коррозии в основном определяется составом и структурой сплава и обработкой поверхности.

Детали летательных аппаратов из магниевых сплавов подвергаются в эксплуатации преимущественно «язвенной» коррозии. Интенсивное ее развитие в отдельных местах определяется наличием влаги и недостаточной адгезией защитных покрытий. В некоторых магниевых сплавах при наличии постоянно действующих, достаточно высоких растягивающих напряжений может развиваться и КР. Однако более характерно КР для высокопрочных сталей. В стальных деталях КР развивается в результате неправильной термообработки или нарушения режимов сварки, а также вблизи разного рода макро- и микроконцентраторов напряжений.

Обощенные данные о коррозионных поражениях элементов конструкции самолетов и вертолетов. Перечень типичных зон конструкций, в которых возникают коррозионные поражения. Характерным является сосредоточение коррозии в определенных зонах, которые одинаковы для самолетов и вертолетов разных типов и разных поколений.

Такими зонами являются:

- подпольная часть фюзеляжа, где имеет место скопление конденсационной влаги, а также попадание агрессивных жидкостей из санузлов и буфетов;

- напольная часть фюзеляжа в местах установки санузлов и буфетов;

- ниши установки аккумуляторных батарей;

- места крепления лент металлизации, статраз-рядников;

- места контакта деталей с гигроскопичными материалами, прокладками;

- зоны, представлявшие собой границу между герметичной и негерметичной частями фюзеляжа, где имеет место перепад температур и, как следствие, конденсация влаги;

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

- участки контакта разнородных в электрохимическом отношении металлов в местах разрушений защитных покрытий;

- внутренняя поверхность центроплана и крыльев;

- наружная поверхность обшивки планера и другие детали, находящиеся под воздействием атмосферных факторов.

Коррозией в указанных зонах конструкций поражаются:

- детали, выполненные из алюминиевых сплавов: стрингеры, шпангоуты, лонжероны, компенсаторы, обшивки, нервюры, балки пола, трубопроводы и др.;

- детали, изготовленные из магниевых сплавов: каркас фонаря кабины штурмана, кронштейны, качалки;

- стальные детали: взлетно-посадочных устройств (балки тележки, болты, пружины и др.), каркас фонаря кабины пилота, узлы, болты и гайки.

© Бочериков Я. Н., Кацура А. В., 2011

УДК 621.431.75

А. В. Гаврилин Научный руководитель - А. В. Кацура Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ПРИ КОРРОЗИОННЫХ ПОРАЖЕНИЯХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАГРУЖЕННОСТИ

САМОЛЕТОВ ТИПА ТУ-154

Повышение требований к безопасности полетов воздушных судов (ВС) в сочетании с увеличением интенсивности их эксплуатации приводит к необходимости разработки методов обеспечения ресурса силовой конструкции самолетов. Среди мероприятий направленных на реализацию данного положения, можно выделить вопросы, связанные с обеспечением несущей способности конструкции при наличии в ее элементах коррозионных поражениях.

Целью данной работы является: оценка остаточной долговечности элементов конструкции при коррозионных поражениях и эксплуатационной нагру-женности самолетов типа ТУ-154

Анализ допустимости коррозионных поражений является одним из требований обеспечения ресурса по условиям усталости в нормах прочности России (АП-25), США (РАЯ25). На этапе проектирования эти требования обеспечиваются за счет применения конструктивных материалов с высокими коррозионными свойствами, за счет конструктивных и технологических решений, за счет выбора соответствующего уровня эксплуатационных напряжений. В период эксплуатации - повышением эффективности методов диагностики и оценки технического состояния, разработкой соответствующих регламентов технического обслуживания, уточнением методов оценки предельных состояний конструкции с учетом анализа реальных условий эксплуатации.

За период существования авиации накоплен огромный материал о коррозионных повреждениях конструкции ВС гражданской авиации (ГА) как отечественными, так и зарубежными специалистами. За рубежом в рамках международных и национальных организаций созданы центры, деятельность которых направлена на подготовку нормативно-технической документации и стандартов в области изучения влияния коррозии на прочность конструкций.

Актуальность работы: задача оценки влияния коррозионных поражений на характеристики несущей способности конструкции воздушных судов вызвана необходимостью обеспечения безопасности конст-

рукции длительно эксплуатируемых самолетов типа ТУ-154.

Для решения этой проблемы необходимо совершенствовать расчетно-экспериментальные исследования по оценке прочностных характеристик элементов конструкций при наличии в них коррозионных поражений. Таким образом, несмотря на большие объемы теоретических и экспериментальных исследований, проблемы влияния коррозионных поражений на обеспечение безопасности полетов существуют как для «стареющих» самолетов, так и проектируемых.

Методика определения оценки остаточной долговечности элементов конструкции при коррозионных поражениях и эксплуатационной нагруженности самолетов заключается в следующем:

1) проведение статистического анализ обобщенного параметра для конструктивных элементов планера самолета с коррозионными повреждениями;

2) получение значений теоретического и эффективного коэффициентов концентрации напряжений при коррозионных повреждениях элементов конструкции, необходимые для прогнозирования долговечности элементов конструкции;

3) получение фактических данных о характеристиках долговечности элементов конструкции планера самолета при различных видах коррозионных повреждений;

4) разработка методики оценки долговечности и предельного состояния по долговечности для типовых элементов конструкции планера самолета, пораженных коррозией;