CC BY
153
серия Аэромеханика и прочность, поддержание летной годности
УДК 629.735.45: 629.7.018.4
ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ РАЗВИТИЯ УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН В СТРИНГЕРАХ ИЗ МАТЕРИАЛА 01420 ВЕРТОЛЕТА МИ-26Т
В статье представлены результаты наблюдений за скоростью развития усталостных трещин в стрингерах из материала 01420 фюзеляжа вертолета Ми-26Т в условиях реальной эксплуатации.
Ключевые слова: вертолет, стрингер, скорость развития трещин, ресурс.
Трещины стрингеров, изготовленных из материала 01420 (А1-Ы), являются наиболее массовым дефектом силового набора на вертолетах Ми-26Т 1984 - 1990 годов выпуска, которые составляют 65% парка, эксплуатирующегося в ГА РФ. К настоящему времени в процессе выполнения процедур индивидуального увеличения ресурсов и сроков службы вертолетов обнаружено около 2000 трещин, при этом количество единовременно обнаруживаемых трещин на экземпляре вертолета достигает 200. Измерение скорости роста трещин, процесс нарастания их количества и распределение по фюзеляжу является актуальной задачей для поддержания летной годности вертолетов данного типа.
До 50% трещин стрингеров сконцентрировано в зоне шп. № 36 - 41 центральной части фюзеляжа (ЦЧФ) и в хвостовой балке. При этом более 70% трещин обнаружено по правому борту данных зон. Зона стыка ЦЧФ и хвостовой балки является наиболее нагруженной и практически определяет ресурс всего планера вертолета.
Продольный набор центральной части фюзеляжа от шп. № 36 до шп. № 41 и хвостовой балки состоит из 44 стрингеров (по 22) по правому и левому бортам, нулевого стрингера и 30 стрингеров (по 15) по правому и левому бортам днищевой панели. По мере уменьшения площади сечения хвостовой балки количество стрингеров сокращается. Конструкция стрингеров (рис. 1, 2) представляет собой уголковый профиль равнополочного и неравнополочного, а также бульбообразного сечений (ГОСТ 13737-90, 13738-91, 13617-97, № 410040, 710012, 710025,
Д.Н. ОСИПОВ, В.С. ШАПКИН
410549).
5;
а
№410040
№№ 710012, 710025
№ 410549
Рис. 1. Типы профилей, применяемые при изготовлении стрингеров
а б в
Рис. 2. Фрагменты обшивки и стрингеров разных типов: а - неравнополочного; б - равнополочного и бульбообразного неравнополочного;
в - бульбообразного равнополочного
Соединение стрингеров и обшивок боковых панелей клеесварное, диаметр сварных точек -10 мм, расстояние между ними - 25 мм. Вдоль нижней и верхней кромок прилегающей полки стрингера расположены клеевые валики размером 5 мм (рис. 3). Шпангоут и стрингеры соединены кницами.
Рис. 3. Схема соединения стрингера и обшивки боковых панелей
По расположению трещин вдоль стрингера их можно разделить на две группы: 1) в районе крепления соединительных книц и 2) расположенных на некотором удалении от книц. Трещины первой группы возникают от края свободной полки стрингера и замыкаются на отверстие под заклепку, соединяющую стрингер и кницу. Данные трещины имеют длину не более 5 мм. Случаев их развития за отверстие под заклепку не выявлено. Они не оказывают существенного влияния на несущую способность всего стрингера. У казанные трещины в данной работе не рассматриваются.
Наибольшую опасность представляют трещины второй группы. В 99% случаев они возникают от края свободной полки стрингера или от бульбы (отмечены единичные случаи возникновения трещин от прилегающей полки) и развиваются как минимум на всю свободную полку, либо продолжают развитие на часть прилегающей полки или на весь профиль стрингера. Такие
трещины (в особенности расположенные в критическом сечении хвостовой балки) могут существенно влиять на несущую способность конструкции и представляют большую опасность. Наиболее опасны случаи возникновения нескольких трещин на одном стрингере в одной шпации, а также случаи лавинообразного нарастания количества трещин на соседних и близлежащих стрингерах.
Были измерены скорости развития трещин в различных зонах хвостовой балки и в стрингерах различных типов. Для исследования были выбраны вертолеты ЯА-06015 и ЯЛ-06009, эксплуатируемые ОАО "Авиакомпания "ЮТэйр".
Сведения об этих вертолетах приведены в табл. 1.
Таблица 1
Сведения о вертолетах Ми-26Т ЯЛ-06015 и ЯЛ-06009
Борт. рег. знак Дата изготовления Дата ремонта Регион эксплуатации Общее кол-во обнаруженных трещин (шт.)
ЯА-06009 29.12.1987 28.05.1991 Сургут 72
ЯА-06015 21.01.1989 05.09.1991 Сургут 90
Трещина №1
Трещина свободной полки стрингера № 10 (условно трещина № 1) между шпангоутами № 4 и 5 по правому борту вертолета ЯА-06015. Стрингер неравнополочный, свободная полка 20 мм, прилегающая полка 15 мм. Трещина расположена над сварной точкой на расстоянии 260мм от шпангоута № 4 и 170 мм от шпангоута № 5. Длина трещины в момент обнаружения - 9,9 мм. Динамика дальнейшего развития трещины представлена в табл. 2 и на рис. 4.
Таблица 2
Динамика роста трещины № 1
Наработка вертолета СНЭ, ч 2460 2525 2569 2654 2770 2863 2890
Длина трещины, мм 9,9 15,4 19,9 20,0 20,0 20,0 20,0
25.00
20.00
15.00
10.00 5,00 0,00
2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000
і “
/ Свободная полка
1 г
а б в
Рис. 4. Развитие трещины № 1: а - трещина в момент обнаружения; б - динамика развития трещины; в - трещина в момент достижения прилегающей полки
Трещина №2
Трещина свободной полки стрингера № 12 (условно трещина № 2) между шпангоутами № 36 и 37 хвостовой части центральной части фюзеляжа по правому борту вертолета ЯА-06015. Стрингер неравнополочный, ширина свободной полки - 20 мм, прилегающей -15 мм. Трещина расположена между сварными точками на расстоянии 180 мм от шпангоута № 36 и 250 мм от шпангоута № 37. Длина трещины в момент обнаружения - 8,5 мм. Динамика дальнейшего развития трещины представлена в табл. 3 и на рис. 5.
Таблица 3
Динамика роста трещины № 2
Наработка вертолета СНЭ, ч 1378 1485 1563 1658 1770 1875 1930 2010
Длина трещины, мм 8,5 16 19,9 20 21 23,5 25,6 27,4
Рис. 5. Развитие трещины № 2
Трещина №3
Трещина свободной полки стрингера № 1 (условно трещина № 3) между шпангоутами № 9 и 10 хвостовой балки по левому борту вертолета ЯА-06009. Стрингер бульбообразный неравнополочный, ширина свободной полки - 25 мм, прилегающей - 20 мм, диаметр бульбы - 5 мм. Трещина расположена между сварными точками на расстоянии 245 мм от шпангоута № 9 и 185 мм от шпангоута № 10. Длина трещины в момент обнаружения - 3 мм. Динамика дальнейшего развития трещины представлены в табл. 4 и на рис. 6.
Таблица 4
Динамика роста трещины № 3
Наработка вертолета СНЭ, ч 1497 1560 1612 1689 1765 1849 1923 2007
Длина трещины, мм 3 5 15 25 27 31 35 40
Рис. 6. Развитие трещины № 3: а - вид трещины в момент обнаружения; б - динамика развития трещины
Все трещины имеют характерные особенности развития, а именно:
а) трещина № 1 за 100 ч наработки вертолета развилась на всю свободную полку, по достижению свободной полки развитие трещины прекратилось и не наблюдалось в течение последующих 320 ч наработки из-за наличия сварной точки на прилегающей полке строго под трещиной;
б) трещина № 2 имеет три ярко выраженных этапа развития:
- по свободной полке в течение 190 ч с момента обнаружения;
- по месту перехода от свободной полки на прилегающую в течение последующих 200 ч наработки;
- по прилегающей полке в течение последних 350 ч наблюдений (по достижении длины 27,4 мм, начиная от края свободной полки, трещина была отремонтирована);
в) развитие трещины № 3 можно разделить на 4 этапа:
- по бульбе в течение первых 70 ч наработки;
- по свободной полке в течение последующих 80 ч;
- по переходу от свободной полки на прилегающую с быстрым переходом через галтель-ный переход в течение 70 ч;
- по прилегающей полке в течение 250 ч (в дальнейшем трещина отремонтирована).
Обращает на себя внимание уменьшение скорости развития трещины, вплоть до полной остановки (трещина 1, рис. 4б) по мере выхода на прилегающую полку. Это объясняется уменьшением несущей способности стрингера и перераспределением нагрузок на соседние стрингеры и обшивку. Резкое увеличение скорости развития трещины 3 (рис. 6б) после прохождения бульбы обусловлено резким относительным уменьшением площади поперечного сечения свободной полки стрингера, при котором его несущая способность еще достаточно велика.
Результаты расчетов скоростей развития трещин на различных участках приведены в табл. 5, в которой:
Уб, Ус, Упр, Уприл - соответственно скорости развития трещин по бульбе, свободной полке, месту перехода со свободной полки на прилегающую и по прилегающей полке;
Уб, Ус, Упр, Уприл - соответствующие скорости в пересчете на среднестатистическую продолжительность полета, равную в Тюменском регионе 2 ч.
Таким образом, наблюдается существенное снижение скорости развития трещин всех типов стрингеров (вплоть до полного прекращения роста) на прилегающей полке. При этом не полностью разрушенный стрингер продолжает нести эксплуатационную нагрузку и не выключается из работы всей конструкции. Следует еще раз подчеркнуть, что наблюдения за скоростью раз-
а
вития трещин проводились в Тюменском регионе, являющимся наиболее тяжелым для фюзеляжа вертолета с точки зрения его нагруженности.
Таблица 5
Скорость развития трещин
№ тре- Уб, Ус, Упр, V прил, V6, Ve, vпр, vприл,
щины мм/ч мм/ч мм/ч мм/ч мм/полет мм/полет мм/полет мм/полет
Т1 - 0,09 0 0 - 0,18 0 0
Т2 - 0,06 0,001 0,02 - 0,12 0,002 0,04
Т3 0,03 0,15 0,02 0,05 0,06 0,3 0,04 0,1
Таким образом, наблюдается существенное снижение скорости развития трещин всех типов стрингеров (вплоть до полного прекращения роста) на прилегающей полке. При этом не полностью разрушенный стрингер продолжает нести эксплуатационную нагрузку и не выключается из работы всей конструкции. Следует еще раз подчеркнуть, что наблюдения за скоростью развития трещин проводились в Тюменском регионе, являющимся наиболее тяжелым для фюзеляжа вертолета с точки зрения его нагруженности.
Осмотры конструкции планера с целью увеличения ресурсов и сроков службы, проводимые с интервалом 300-450 ч, а также промежуточные осмотры через 150 ч, начиная с 1800 ч наработки, предусмотренные индивидуальными решениями об увеличении ресурсов, позволяют своевременно выявлять и ремонтировать трещины и тем самым сводить к минимуму влияние на безопасность полетов указанных дефектов.
MEASUREMENT OF SPEED OF DEVELOPMENT OF FATIQUE CRACKS IN STRINGERS FROM A MATERIAL 01420 HELICOPTERS MI-26T
Osipov D.N., Shapkin V.S.
The results of mesures of development's velocity of fatigue crack in stringers of Mill-26T helicopter, made of 01420 alloy, in the real exploitation is suggested.
Сведения об авторах
Осипов Дмитрий Николаевич, 1966 г.р., окончил МГУ им. М.В. Ломоносова (1988), старший инженер отдела № 132 НЦ ПЛГ ВС ГосНИИ ГА, автор 3 научных работ, область научных интересов -конструкция и прочность вертолетов.
Шапкин Василий Сергеевич, 1961 г.р., окончил МИИГА (1984), доктор технических наук, профессор кафедры АКПЛА МГТУ ГА, генеральный директор ФГУП ГосНИИ ГА, эксперт Федеральной службы по надзору в сфере транспорта Минтранса России, и Межгосударственного авиационного комитета, автор более 170 научных работ, область научных интересов - эксплуатация воздушного транспорта, прочность летательных аппаратов.
